GaBi$_x$As$_{1-x}$/GaAs 量子阱中量子限制 Stark 效应的原子级紧束缚研究

近年来，用于波长工程化、低损耗光电子器件的新型铋化物半导体材料（如 GaBi$_x$As$_{1-x}$）引起了极大的研究兴趣。我们报道了基于大规模原子级紧束缚计算、针对 GaBi$_x$As$_{1-x}$/GaAs 量子阱（QW）结构计算的量子限制 Stark 效应（QCSE）的首次研究。对 QCSE 随外加电场方向和 QW 中 Bi 组分变化的全面研究表明，在低 Bi 组分（$x$=3.125\%）下 Stark 位移呈现非常规特征。这种非典型的 QCSE 归因于 Bi 团簇存在导致的基态空穴波函数强限制。在具有技术相关性的高 Bi 组分（$\geq$ 10\%）下，发现 Bi 团簇对电子结构的影响较弱，导致基态跃迁波长呈二次 Stark 位移，类似于先前在其他传统 III-V 材料中观察到的 Stark 位移。我们的结果为理解 GaBi$_x$As$_{1-x}$/GaAs 量子阱的电学和光学性质的电场依赖性提供了有用见解，并将对光电子学和自旋电子学领域的器件设计具有重要意义。