InxGa1-xN/GaN量子点中的激子态

近年来,三元半导体合金InGaN由于在光电器件(高亮度的蓝、绿光发光二激管、激光二极管)上的应用而备受人们的关注．由于InN和GaN之间比较大的晶格失配导致在InxGa1-xN／GaN量子阱的InxGa1-xN激活层中自发形成一些纳米量级的富In类量子点．这些富In量子点就像三维陷阱一样,     

Ⅲ族氮化物量子点中类氢杂质态结合能

在有效质量近似下,运用变分方法,考虑内建电场（BEF）效应和量子点的三维约束效应,研究了纤锌矿结构的GaN／Al,Ga1-xN,InxGa1-xN／CaN柱形量子点中类氢杂质态结合能随量子点的结构参数（量子点高度L和量子点半径尺）、Al或In含量和类氢杂质位置的变化规律,并计算了考虑量子点内外电子有效质量不同后对杂质态结合能的修正．结果表明：类氢杂质位于量子点中心时,杂质态结合能随量子点高度、半径的增加先增大后减小,存在最大值．对GaN／Al;Ga1-xN量子点,随着Al含量的增加,杂质态结合能增大;杂质从量子点下界面沿z轴上移至上界面过程中,结合能存在最大值．对InxGa1-xN／GaN量子点,随着In含量的增加,结合能先缓慢增大后缓慢减小,存在最大值;杂质从量子点下界面沿z轴移至上界面过程中,杂质态结合能增大．量子点内外电子有效质量的失配使杂质态结合能增大。     

InxGa1-xN/GaN应变量子点中激子的结合能

利用有效质量方法和变分原理，考虑内建电场效应和量子点的三维约束效应，研究了InxGa1-xN／GaN应变量子点中的激子结合能随量子点结构参数和量子点中In含量x的变化规律．结果表明，随着量子点高度L和半径R的增加，结合能降低，随着量子点中In含量的增加，激子的结合能增大．对给定体积的量子点，激子结合能存在一最大值，此时电子、空穴被最有效的约束在量子点内．对不同体积的量子点，最大值的位置在量子点高度L=1．7nm附近取得.     

Ⅲ族氮化物量子点中类氢施主杂质位置对束缚激子结合能的影响

在有效质量近似下，运用变分方法，考虑内建电场效应和量子点（QD）的三维约束效应的情况下，研究了类氢施主杂质在量子点中的位置对Ⅲ族氮化物量子点中束缚激子结合能的影响。结果表明：当类氢施主杂质位于量子点中心时，对于InxGa1-xN／GaN量子点，量子点高度和In含量存在临界值，当参数大于临界值时，约束在QD中束缚激子的结合能升高，激子态的稳定性增强，提高了激子的离解温度，使人们能在较高的温度条件下观察到半导体量子点吸收谱中的激子峰。而类氢施主杂质总是使束缚在GaN／AlxGa1-xN量子点中激子的结合能升高，载流子被更强的约束在量子点中。说明对GaN／AlxGa1-xN量子点，杂质使人们能在更高温度下观察到量子点中的激子。类氢施主杂质位于量子点上界面时，束缚激子的结合能最大，系统最稳定；随着施主杂质下移，激子结合能减小，激子的离解温度下降。     

类氢杂质对InxGa1-xN/GaN和GaN/AlxGa1-xN量子点中束缚激子态的影响

在考虑内建电场效应和量子点(QD)的三维约束效应的情况下,运用变分方法研究了类氢施主杂质的位置对Ⅲ族氮化物量子点中束缚激子态的影响.结果表明:当类氢施主杂质位于量子点中心,InxGa1-xN/GaN量子点的高度和In含量大于临界值时,约束在QD中激子的基态能降低,激子态的稳定性增强,在较高的温度下观察到半导体量子点吸收谱中的激子峰,发光波长增大.而类氢施主杂质总是使束缚在GaN/AlxGa1-xN量子点中激子的基态能降低,杂质可能使在更高温度下观察到GaN/AlxGa1-xN量子点中的激子,发光波长增大.研究发现类氢施主杂质位于量子点上界面时,激子的基态能最小,系统最稳定;随着施主杂质下移,激子基态能增加,激子的解离温度下降,发光波长减小.     

类氢杂质对In_xGa_（1-x）N/GaN和GaN/Al_xGa_（1-x）N量子点中束缚激子态的影响

在考虑内建电场效应和量子点（QD）的三维约束效应的情况下,运用变分方法研究了类氢施主杂质的位置对Ⅲ族氮化物量子点中束缚激子态的影响.结果表明：当类氢施主杂质位于量子点中心,InxGa1-xN/GaN量子点的高度和In含量大于临界值时,约束在QD中激子的基态能降低,激子态的稳定性增强,在较高的温度下观察到半导体量子点吸收谱中的激子峰,发光波长增大.而类氢施主杂质总是使束缚在GaN/AlxGa1-xN量子点中激子的基态能降低,杂质可能使在更高温度下观察到GaN/AlxGa1-xN量子点中的激子,发光波长增大.研究发现类氢施主杂质位于量子点上界面时,激子的基态能最小,系统最稳定;随着施主杂质下移,激子基态能增加,激子的解离温度下降,发光波长减小.     

III族氮化物量子点中类氢施主杂质位置对束缚激子结合能的影响

在有效质量近似下,运用变分方法,考虑内建电场效应和量子点(QD)的三维约束效应的情况下,研究了类氢施主杂质在量子点中的位置对III族氮化物量子点中束缚激子结合能的影响。结果表明:当类氢施主杂质位于量子点中心时,对于InxGa1-xN/GaN量子点,量子点高度和In含量存在临界值,当参数大于临界值时,约束在QD中束缚激子的结合能升高,激子态的稳定性增强,提高了激子的离解温度,使人们能在较高的温度条件下观察到半导体量子点吸收谱中的激子峰。而类氢施主杂质总是使束缚在GaN/A lxGa1-xN量子点中激子的结合能升高,载流子被更强的约束在量子点中。说明对GaN/A lxGa1-xN量子点,杂质使人们能在更高温度下观察到量子点中的激子。类氢施主杂质位于量子点上界面时,束缚激子的结合能最大,系统最稳定;随着施主杂质下移,激子结合能减小,激子的离解温度下降。     

In组分变化对GaN基材料光学性质影响第一性原理研究

研究组分变化中InxGa1-xN材料光学性能的变化.通过掺杂方式改变InxGa1-xN材料In组分含量,获得计算模型.计算结果表明,随着In组分的增加,价带结构发生改变,从而影响了电子的迁移及其内量子效率;材料的折射系数、吸收系数、反射系数以及能量损失系数均发生变化;In组分为0.5时,能量损失峰值最小,有利于提升紫外光的出光效率.     

氮化物柱形量子点中离子施主束缚激子态波函数的研究

在有效质量近似和变分原理的基础上,选取三个不同的尝试波函数,研究了纤锌矿结构的InxGa1-xN/GaN柱形量子点中离子施主束缚激子（D＋,X）的束缚能随量子点高度L、In含量x及离子施主杂质位置z0的变化规律.计算结果表明：三个不同尝试波函数变分计算得到的束缚能随量子点高度L、In含量x及离子施主杂质位置z0的变化规律一致.但对比三个不同尝试波函数计算所得结果,依据变分原理可知,三参量尝试波函数优越.     

全In组分可调InGaN的分子束外延生长

Ⅲ族氮化物InxGa1-xN合金为直接带隙半导体,其禁带宽度随着In组分变化从3.43 e V(Ga N)到0.64e V(In N)连续可调,波长范围覆盖了0.3–1.9μm,具有电子饱和速度高和光学吸收系数大等特点,是制备高效率全光谱太阳能电池和白光照明器件的理想材料.由于缺少合适的衬底,In N和InxGa1-xN薄膜通常生长在蓝宝石或Ga N模板上.本论文综述了采用MBE方法,在蓝宝石衬底和Ga N模板上生长了In N和全组分InxGa1-xN薄膜的生长行为和材料物理性质.利用MBE边界温度控制法在蓝宝石衬底上生长高室温电子迁移率的InN薄膜,利用温度控制外延法在Ga N/蓝宝石模板上制备了全组分InxGa1-xN薄膜.     

低维量子系统中电子态的数值解法

在有效质量近似下,讨论GaN基低维量子系统(包括量子线和量子点)中电子态的数值求解方法.首先,在无限深势阱近似时,由薛定谔方程解得量子线和量子点中单电子波函数的解析解,分别为贝塞尔函数和球贝塞尔函数,并获得本征能级的解析表达式;然后,通过有限元差分法,数值求解单电子的本征能级和本征态.对比发现,数值求解方法与解析解获得的电子波函数和本征能量在误差允许范围内相等.这说明有限元差分方法求解低维量子系统中电子态的可行性,并可进一步推广到有限高势有限厚垒结构中电子态的求解.最后,计算和讨论不同组分下纤锌矿InxGa1-xN/GaN核壳结构量子线和量子点中的电子态.     

衬底温度对In_xGa_（1-x）N薄膜结构特性的影响

本文采用MOCVD工艺,通过调整衬底温度（固定其它工艺参数）来沉积用于太阳电池的InxGa1-xN薄膜,并利用X射线衍射仪（XRD）、X射线荧光光谱仪（XRF）、扫描电子显微镜（SEM）和台阶仪来分析研究其结构特性.衬底温度较低时有利于薄膜的In注入,衬底温度较高时有利于沉积高结晶质量的InxGa1-xN薄膜.当衬底温度为470℃时,在硅衬底上所沉积的InxGa1-xN薄膜In含量较高,为46.92%;薄膜表面光滑致密,粗糙度小;颗粒较大,且颗粒大小均匀.     

衬底温度对InxGa1-xN薄膜结构特性的影响

本文采用MOCVD工艺,通过调整衬底温度(固定其它工艺参数)来沉积用于太阳电池的InxGa1-xN薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)和台阶仪来分析研究其结构特性.衬底温度较低时有利于薄膜的In注入,衬底温度较高时有利于沉积高结晶质量的InxGa1-xN薄膜.当衬底温度为470℃时,在硅衬底上所沉积的InxGa1-xN薄膜In含量较高,为46.92%;薄膜表面光滑致密,粗糙度小;颗粒较大,且颗粒大小均匀.     

GaN/Al_xGa_(1-x)N量子点中类氢杂质的结合能

利用有效质量方法和变分原理,考虑内建电场(BEF)效应和量子点的三维约束效应,研究了纤锌矿结构的GaN/A lxGa1-xN柱形量子点中类氢杂质的结合能随量子点高度、A l含量和杂质位置的变化规律。结果表明:类氢杂质位于量子点中心时,杂质结合能随量子点高度的增加先增大后减小,存在最大值;随着A l含量的增加,杂质结合能增大。而杂质从量子点下界面沿Z轴上移至上界面时,杂质结合能先增大后减小,存在最大值。     

应变纤锌矿GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中子带光吸收及其压力效应

在有效质量近似下,研究了应变纤锌矿GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中基态与第一激发态波函数、能级和导带内的子带光吸收及其压力效应,数值计算了光吸收系数随量子点尺寸、组分和光照强度的变化,讨论了流体静压力对光吸收的影响.结果表明:随着量子点尺寸的减小和组分的增加子带跃迁吸收峰升高且发生蓝移;GaN/AlxGa1-xN量子点子带跃迁产生的吸收峰值会随流体静压力的减小而增加且发生红移.     

闪锌矿InχGal-χ N/GaN量子点的光学特性

在有效质量近似下,通过变分方法研究了束缚于闪锌矿InGaN/GaN量子点中的激子态.详细研究了振子强度和发光波长随InGaN/GaN量子点结构参数和量子点内In含量的变化关系.数据结果表明:量子点结构参数和In含量对闪锌矿InGaN/GaN量子点的振子强度和发光波长有重要的影响;激子效应使量子点发光波长红移.     

闪锌矿InχGal-χ N/GaN量子点的光学特性

在有效质量近似下,通过变分方法研究了束缚于闪锌矿InGaN/GaN量子点中的激子态。详细研究了振子强度和发光波长随InGaN/GaN量子点结构参数和量子点内In含量的变化关系。数据结果表明:量子点结构参数和In含量对闪锌矿InGaN/GaN量子点的振子强度和发光波长有重要的影响;激子效应使量子点发光波长红移。     

氮化物抛物量子阱中电子-声子相互作用对极化子能量的影响

采用改进的LLP变分方法．研究氮化物抛物量子阱（GaN／Al0.3Ga0.7N）材料中的电子-声子相互作用．给出极化子基态能量、第一激发态到基态的跃迁能、不同支长波光学声子模对极化子基态能量的贡献随阱宽L的变化关系，在数值计算中考虑了氮化物（纤维锌矿）GaN和AlxGa1-xN构成的抛物量子阱材料中长波光学声子模的各向异性．结果表明，基态能量和跃迁能量随阱宽L的增大而减小。阱宽较小时．减小的速度比较快＋阱宽较大时．减小的速度比较慢．最后缓慢地接近GaN体材料中的三维值．在GaN／Al0.3Ga0.7N抛物量子阱中定域准LO声子对极化子能量的贡献比较大．阱宽较大（L=27nm）时约33meV，这一值比GaAs／Al0.2Ga0.7As抛物量子阱中的相应值（约3meV）大的多，并且定域准LO声子的贡献远远大于定域准TO声子的贡献．     

应变纤锌矿GaN/A1xGa1-xN量子点中杂质态结合能及其压力效应

在有效质量近似下,利用变分法研究无限高势垒GaN/AlxGa1-xN应变长方量子点中类氢杂质态结合能及流体静压力效应,数值计算表明,杂质态结台能随量子点尺寸的增大而减少,但随流体静压力的增大而增加.此外,比较了考虑和不考虑应变时杂质态的结合能,结果发现在量子点长度较小的情况下,考虑应变后的结合能比不考虑应变后的高,而在量子点长度较大的情况下则相反.     

GaN/Al_xGa_(1-x)N量子点中类氢杂质位置对激子态的影响

利用有效质量方法和变分原理,考虑内建电场效应和量子点(QD)的三维约束效应,研究类氢杂质对GaN/AlxGa1-xN量子点中激子态的影响.结果表明:量子点中心的类氢杂质使激子的结合能升高,基态能降低,QD系统的稳定性增强,发光波长红移.杂质位于量子点上界面时,激子的基态能最小,结合能最大,系统最稳定.随着杂质从量子点的上界面沿着Z轴移至下界面,激子基态能增大,结合能减小,带间发光蓝移.