刘 月 王廷栋 白凌志 程 诚 张 伟 怀 平

(中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800)

半导体量子线系新型半导体纳米材料，是基于两个半导体量子阱界面处的量子限域效应而形成的准一维系统[1]，可望应用于发光器件等领域。近年来制备出矩形、T型、V型截面的量子线，并开展了大量的光谱学研究[2–14]。实验结果表明，半导体量子线激光器相对半导体量子阱激光器具有低阈值、高增益等特性[15,16]。

由于半导体量子线载流子处于受限环境，其受光激发特性有待进一步研究。例如，在一维半导体系统中，由于库仑相互作用使电子与空穴形成复杂状态(有激子、双激子、激子气体、激子液滴及电子-空穴等离子体)，其吸收谱具有复杂结构。研究表明，掺杂的半导体量子线存在费米面吸收等特性[17,18]。半导体量子线是探索一维电子-空穴体系物理的合适体系，也因其潜在应用而广受关注。

本文研究光激发的一维半导体量子线的量子限域效应及多体效应对其光学性质的影响。相比二维结构的半导体量子阱，准一维系统半导体量子线中载流子间的相互作用因很强的量子限域效应而加强[19]。在半导体研究中，载流子间的库仑相互作用带来了复杂的多体效应，如能带重整化、光吸收增强等效应[17,20]。当受激产生的电子-空穴气体浓度较低时，电子-空穴间的库仑作用较强，二者结合形成激子-中性的准粒子；当受激产生的电子-空穴气体浓度较高时，库仑作用被带电载流子自身所屏蔽，强度大为减弱而无法束缚电子-空穴，形成电子-空穴等离子体[1]。……