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.     

流体静压力对纤锌矿Al_yGa_(1-y)N/Al_xGa_(1-x)N三角量子阱中极化子效应的影响

研究了纤锌矿Al_yGa_(1-y)N/Al_xGa_(1-x)N三角量子阱和GaN/Al_xGa_(1-x)N方量子阱中流体静压力对极化子能量和电子-声子相互作用对极化子能量的贡献(极化子效应)的影响.给出极化子基态能量、跃迁能量以及极化子效应随流体静压力p和组分x的变化关系.理论计算中考虑了纤锌矿结构中介电常数、声子频率、电子有效质量等参数的各向异性和随压力p和坐标z的变化.结果显示,随着流体静压力的增加,纤锌矿Al_yGa_(1-y)N/Al_(0.3)Ga_(0.7)N三角量子阱和GaN/Al_(0.3)Ga_(0.7)N方量子阱中极化子基态能量和跃迁能量缓慢减小.定域声子、半空间声子以及它们之和对基态能量的贡献随流体压力p的增加而逐渐增大,即极化子效应增大.随组分x的增加,在两种量子阱中极化子基态能量和跃迁能量逐渐增大.半空间声子对极化子基态能量的贡献随组分x的增加而降低,而定域声子对基态能量的贡献随组分x的增加而增加,它们之和对基态能量的贡献随组分x的增加而增大.纤锌矿Al_yGa_(1-y)N/Al_xGa_(1-x)N三角量子阱中极化子基态能量和跃迁能量以及极化子效应随流体静压力和组分的变化规律与GaN/Al_xGa_(1-x)N方量子阱结构中相应量的变化规律相似,但量值不同,前者中基态能量和跃迁能量以及极化子效应明显大于后者中相应值.     

应变闪锌矿(001)取向GaN/AlGaN量子阱中受屏蔽激子的压力效应

采用变分法与自洽计算相结合的方法讨论了在电子-空穴气体屏蔽影响下应变闪锌矿(001)取向GaN/AlxGa1-xN量子阱中激子结合能的压力效应.结果表明,若考虑压力对双轴及单轴应变的调制以及禁带宽度、有效质量和介电常数等参数的影响,激子结合能随压力的增大近似线性增加.此外,由简化相干近似法讨论了垒材料AlxGa1-xN中铝组分对激子结合能的影响.结果表明,在固定的压力下当铝组分增加时激子结合能会逐渐增加;且压力较大时结合能随组分的增加更加显著.     

应变GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中杂质态的结合能

在有效质量近似下,利用变分原理研究了有限高应变GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中杂质态的结合能,计算了结合能随量子点高度、半径和杂质位置的变化,讨论了应变对结合能的影响.数值计算表明,杂质态结合能随量子点半径的增大而减小,随量子点高度的增加将先增大到一极大值然后减小.当杂质位置在量子点中心时杂质态的结合能最大,且Al组分的增加使杂质态的结合能增大.研究还指出内建电场使得杂质态的结合能明显降低.     

纤锌矿GaN/Alx Ga1-xN量子阱中界面声子模对极化子能量的影响

采用Lee-Low-Pines变分法研究了纤锌矿GaN/AlxGa1-xN量子阱中极化子能量和电子-声子相互作用对极化子能量的影响.理论计算中考虑了定域体声子模和界面声子模的作用,同时考虑了它们的各向异性.给出极化子基态能量、第1激发态能量、跃迁能量(第1激发态到基态),以及电子-声子相互作用对能量的贡献随量子阱宽度和深度(组分)变化的数值结果.为了定性分析和对比还给出了闪锌矿量子阱中的相对应结果.计算结果表明:阱宽较小时界面声子对极化子能量的贡献大于定域声子,阱宽较大时界面声子的贡献小于定域声子.纤锌矿结构中声子对能量的贡献大于闪锌矿结构中的相应值.GaN/AlxGa1-xN量子阱中声子对能量的贡献比GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中的相应值大得多,当阱宽为20nm时,电子-声子相互作用能分别约等于-35,-2.5 meV.     

导带弯曲对球形量子点光学性质的影响及压力效应

在有效质量近似下,采用三角势近似异质结界面处导带弯曲,并计及流体静压力效应,利用变分原理研究了有限高势垒GaN/AlxCa1-xN球形量子点杂质态一阶线性和三阶非线性光吸收系数随着电子面密度及流体静压力的变化关系.数值计算结果指出,随电子面密度的增加,吸收系数峰值的位置向短波方向移动(即蓝移),且一阶线性吸收峰随之增高,三阶非线性吸收峰随之降低;随压力的增加,吸收系数峰值的位置先向长波方向移动(红移),然后向短波方向移动(蓝移),且一阶线性吸收峰随之降低,三阶非线性吸收峰随之升高.结果表明,压力效应是明显的,导带弯曲效应是不可忽略的.     

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.     

压力下Al_xGa_(1-x)N/GaN量子点-量子阱中施主与受主杂质态的结合能

采用变分法从理论上对流体静压力下AlxGa1-xN/GaN量子点-量子阱结构中的施主与受主杂质态的结合能进行了研究,数值计算了该结构中杂质态结合能随核尺寸、壳尺寸、Al组分以及压强的变化情况,并对施主杂质和受主杂质的结合能进行了对比分析.结果表明:该结构中的核尺寸对杂质态的结合能影响要远大于壳尺寸对结合能的影响;受主杂质与施主杂质基态结合能随体系尺寸、Al组分以及压强的变化趋势类似,但受主杂质比施主杂质基态结合能要大.     

导带弯曲对有限深GaN/Ga1-xAlxN球形量子点中杂质态的影响及其压力效应（英文）

用三角势近似界面导带弯曲,采用变分理论研究了流体静压力影响下有限高势垒GaN/Ga1-xAlxN球形量子点中杂质态的结合能,计算中考虑了电子有效质量,电子面密度,介电常数以及禁带宽度随流体静压力的变化.数值计算结果表明,随着电子面密度的增加,杂质态结合能降低,当电子面密度较大时,随着量子点尺寸的增大,结合能最终趋于一个相同的值.同时发现随着压力的增加,在0到10GPa范围内,施主杂质态的结合能随压力变化呈线性增加的趋势,此变化趋势对于小量子点更显著.另外,随着铝组分的增加结合能相应的增加,此变化趋势对于铝组分低的情况更显著.结果表明导带弯曲效应对结合能的贡献是不能忽略的.     

外电场作用下球形量子点的光学性质

在有效质量近似下,运用变分法研究了外电场作用下球形量子点GaN/Al_xGa_(1-x)N的光吸收系数,数值计算了基态和第一激发态的波函数和能级,获得了吸收系数随电场、组分、量子点尺寸以及光强的变化关系.结果表明,随电场强度和量子点尺寸的增加,总吸收系数曲线峰值的位置向长波方向移动,总吸收系数曲线峰值降低;随着Al组分的增加吸收峰发生蓝移,总吸收系数峰值升高;总吸收系数随着光强的增加吸收峰值降低.     

纤锌矿ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO非对称双量子阱中电子的带间跃迁光吸收

考虑纤锌矿ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO非对称双量子阱中内建电场的作用,运用有限差分法自洽求解导带(价带)薛定谔方程和泊松方程,得到系统中电子(空穴)的能级和波函数,进一步采用黄金费米法则求得电子带间跃迁的线性和非线性光吸收系数及折射率变化.结果显示,由于ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO双量子阱中MV/cm量级的强内建电场,系统对尺寸和组分的调节作用较为敏感.当左阱宽度较小和中间垒达到一定宽度时,双阱的耦合作用增强;在给定阱垒宽度时,势垒的内建电场均随Mg组分的增加而增加,导致导带电子和价带空穴能级差变大且电子与空穴的空间分离,吸收峰及折射率变化峰值发生蓝移且相应峰值减小;随着中间垒宽度增加,相应峰值减小且发生红移;随着右阱宽度的增大,相应峰值先增后减且发生红移.此外,入射光强度可调节光吸收系数及折射率变化,随着光强的增加,光吸收系数及折射率变化峰值减小.     

掺杂浓度和温度对δ掺杂的Al_xGa_(1-x)As/GaAs双量子阱系统电子态结构和子带间光学吸收系数的影响

在有效质量近似下,通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,计算了在温度不为零时δ掺杂的AlxGa1-x As/Ga As双量子阱系统的电子态结构.研究了温度和掺杂浓度对双量子阱系统子带能级、费米能量、及子带间线性光学吸收系数的影响.研究发现,系统的本征能量随温度升高或随掺杂浓度的增大而增加;费米能量随温度升高而减小,随掺杂浓度的增大而增加;子带间总的吸收系数随温度的升高而减小,随掺杂浓度的增大而增加.除子带间跃迁3-6,4-5随温度升高线性光学吸收系数增加外,其他各主要子带间跃迁随温度升高线性光学吸收系数而减小;各子带间线性光学吸收系数随掺杂浓度的增大而增加.     

闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中激子态及带间光跃迁

基于有效质量近似,运用变分方法研究闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中的激子态及带间光跃迁随闪锌矿GaN/AlGaN量子阱结构参数的变化关系,考虑电子与空穴在其量子阱中的有限势效应.数值计算结果显示出当量子阱的尺寸增加时,基态激子结合能和带间光跃迁能降低,而当闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中垒层材料AlGaN中Al含量增加时,基态激子结合能和带间光跃迁能增加.     

Al含量对闪锌矿GaN/AlxGa1-xN量子点光学性质的影响

利用有效质量近似和变分原理,考虑量子点的3维约束效应,研究了圆柱形闪锌矿GaN/AlxGa1-xN量子点的光学特性随势垒层Al含量的变化关系问题。结果表明,势垒层Al含量对量子点的发光波长、振子强度和激子结合能有重要的影响,激子效应对量子点发光波长的影响很大。     

有限势垒量子阱中极化子结合能的压力效应

计入流体静压力效应,同时考虑量子阱中三类光学声子模(局域类体光学声子、半空间类体光学声子和界面光学声子模)对单电子基态能量的影响,采用变分法讨论GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中自由极化子的结合能.得到了压力下三类光学声子模对极化子结合能影响随阱宽的变化关系.结果表明:极化子结合能随外加压力增加.     

压力下应变纤锌矿有限厚势垒异质结中杂质态的结合能

对应变AlxGa1-xN/GaN单异质结构,考虑理想界面异质结有限厚势垒,引入简化相干势近似计入三元混晶效应,利用变分法对流体静压力下体系中杂质态的结合能作了数值计算,并讨论了不同垒厚、杂质位置及组分对结合能的影响,且与无限厚势垒情形作了比较.结果表明:当垒厚、组分较小且沟道层中杂质位置靠近界面时,有限厚势垒杂质态的结合能明显大于无限厚势垒情形.     

纤锌矿AlN/AlxGa1-xN/AlN量子阱中界面光学声子对电子迁移率的影响

对三元混晶纤锌矿AlN/AlxGa1-xN/AlN量子阱,通过数值自洽求解薛定谔方程和泊松方程,获得二维电子气中电子的本征态和本征能级.利用雷-丁平衡方程,讨论该体系中界面光学声子对电子迁移率的影响.在计算中,对AlxGa1-xN中的体纵声子采用修正的无序元素等位移(MREI)模型,横光学声子则分别采用线性拟合(LF)和二次多项式拟合(QMF)方法,计算获得界面声子对电子的散射作用.结果表明,用LF方法获得的电子迁移率高于用QMF方法计算的值.随着Al组分的增加,两种方法之值均逐渐单调增加,且变化趋势类似.在适当的Al组分时,两种方法得到的电子迁移率都存在极值点.     

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．     

混相ZnO/ZnMgO多量子阱中电子子带间跃迁光吸收

考虑内建电场的作用,讨论ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO多量子阱(MQW)阱间耦合、尺寸和三元混晶效应对电子子带间跃迁光吸收的影响。利用有限差分法自洽求解导带中电子的Schr9dinger方程和Poisson方程,获得MQW体系电子在基态、第一激发态、第二激发态能级和相应的波函数。采用费米黄金法则分别求出纤锌矿和闪锌矿两种结构子带间跃迁光吸收系数,并采用权重模型,拟合两种结构在0.37x0.62的混相区间光吸收系数。结果表明:在内建电场的作用下,量子阱数目(N_(qw))、尺寸和混晶组分可有效调节MQW结构的光吸收系数,提高光电器件的光吸收效率。光吸收系数峰值随着N_(qw)的增加先发生红移然后蓝移,随着阱宽和组分的增加而发生蓝移。所得结果可为红外光电器件的制备和相关实验提供参考。