AlxGa1-xN/GaN双量子阱的结构和掺杂浓度对子带间跃迁波长和吸收系数的影响

用薛定谔方程和泊松方程自洽计算的方法研究了Al_0.75Ga_0.25N/GaN对称双量子阱(DQWs)中子带间跃迁(ISBT)的波长和吸收系数对中间耦合势垒高度、中间耦合势垒宽度、势阱宽度和势垒掺杂浓度的依赖关系.研究发现,第一奇序子带S_1ood与第二偶序子带S_2even ISBT波长随着中间耦合势垒高度的降低而变短.当中间耦合势垒高度高于0.62 eV时,S_{1odd< 关键词： 自洽 x}Ga_1-xN/GaN双量子阱')" href="#">Al_xGa_1-xN/GaN双量子阱 子带间跃迁     

氮化物抛物量子阱中类氢杂质态能量

采用变分方法研究氮化物抛物量子阱(GaN/Al_xGa_1-xN)材料中类氢杂质态的能级,给出基态能量、第一激发态能量、结合能和跃迁能量等物理量随抛物量子阱宽度变化的函数关系.研究结果表明,基态能量、第一激发态能量、基态结合能和1s→2p±跃迁能量随着阱宽L的增大而减小,最后接近于GaN中3D值.GaN/Al_0.3Ga_0.7N抛物量子阱对杂质态的束缚程度比GaAs/Al_0.3Ga_0.7As抛物量子阱强,因此,在GaN/Al_0.3-Ga_0.7N抛物量子阱中束缚于杂质中心处的电子比在GaAs/Al_0.3Ga_0.7As抛物量子阱中束缚于杂质中心处的电子稳定.     

纤锌矿MgxZn1-xO/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱中极化子能级

采用改进的Lee-Low-Pines(LLP)中间耦合方法研究纤锌矿Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱材料中的极化子能级,给出极化子基态能量、跃迁能量(第一激发态到基态)和不同支长波光学声子对电子态能级的贡献随量子阱宽度d的变化规律。理论计算中考虑了纤锌矿Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱材料中声子模的各向异性和介电常数、声子(类LO和类TO)频率等随空间坐标Z变化(SD)效应对极化子能量的影响。结果表明,Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱中电子与长波光学声子相互作用对极化子能级的移动很大,使得极化子能量明显降低。阱宽较小时,半空间长波光学声子对极化子能量的贡献较大,而定域长波光学声子的贡献较小;阱宽较大时,情况则正好相反。在d的变化范围内,电子与长波光学声子相互作用对极化子能级的移动(约67~79 meV)比Al x Ga1-x As/Al0.3Ga0.7As抛物量子阱中的相应值(约1.8~3.2 meV)大得多。因此,讨论ZnO基量子阱中电子态问题时要考虑电子与长波光学声子的相互作用。     

有效质量差异和电场对GaN/AlxGa1-xN球形量子点电子结构的影响

用平面波展开法对GaN/Al_xGa_1-xN球形量子点中类氢杂质态能级随量子点半径、Al组分以及结合能随Al组分的变化规律进行了详细讨论.计算了量子点内外有效质量差异对杂质态能级和结合能的修正,结果表明对于Al组分较高的GaN/Al_xGa_1-xN球形量子点,电子有效质量差异对杂质能级和结合能的修正不能忽略.考虑电子有效质量差异后,进一步具体计算了杂质结合能随量子点半 关键词： 球形量子点 平面波展开法 有效质量     

氮化物抛物量子阱中磁极化子的能量

利用改进的Lee-Low-Pines(LLP)方法和变分法研究了在外磁场作用下氮化物无限抛物量子阱中自由极化子的能级,得到了极化子基态能量随量子阱阱宽和外磁场变化的规律,对GaN/Al_0.3Ga_0.7N抛物量子阱进行了数值计算.结果表明:外磁场对极化子的能量有明显的影响,极化子基态能量随阱宽的增强而减小,随磁场的增强而增大,并且电子-声子相互作用对氮化物量子阱中极化子能量的贡献是很大的.     

极化诱导的内建电场对Mn δ掺杂的GaN/AlGaN量子阱居里温度的调制

采用传输矩阵方法分析极化诱导的内建电场对Mn δ掺杂的GaN/Al_xGa_1-xN量子阱居里温度(T_C)的调制作用.通过解薛定谔方程计算出在不同的内建电场条件下半导体量子阱局域态内的基态空穴能级和波函数分布情况，并在此基础上确定量子阱内Mn δ掺杂情况下T_C随内建电场的变化趋势，分析了不同量子阱结构引起的内建电场分布变化及其对T_C的影响.在耦合双量子阱中通过调节左右阱的不对称性可以得到T_C近3倍的增长. 关键词： GaN 量子阱 内建电场 居里温度     

内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气特性分析

采用分子束外延技术对δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs二维电子气(2DEG)样品进行了生长. 在样品生长过程中, 分别改变掺杂浓度(N_d)、空间隔离层厚度(W_d) 和Al_xGa_1-xAs中Al组分(x_Al)的大小, 并在双温(300 K, 78 K)条件下对生长的样品进行了霍尔测量; 结合测试结果, 分别对N_d, W_d及x_Al与GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的载流子浓度和迁移率之间的关系规律进行了细致的分析讨论. 生长了包含有低密度InAs量子点层的δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG 样品, 采用梯度生长法得到了不同密度的InAs量子点. 霍尔测量结果表明, 随着InAs量子点密度的增加, GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的迁移率大幅度减小, 实验中获得了密度最低为16×10⁸/cm²的InAs量子点样品. 实验结果为内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/Al_xGa_1-xAs 2DEG的研究和应用提供了依据和参考. 关键词： 二维电子气 InAs量子点 载流子浓度 迁移率     

半导体量子点中极化子的跃迁能量

研究了半导体量子点中极化子的激发态性质。采用Huybrechts线性组合算符和幺正变换方法,计算了量子点中极化子的振动频率、基态能量、第一激发态能量、由第一激发态向基态的跃迁能量和跃迁频率。分别讨论了电子-LO声子在强弱两种耦合情况下极化子的跃迁能量和跃迁频率。数值计算结果表明,跃迁能量ΔE和跃迁频率ω均随量子点有效受限长度l₀的增加而减少,且随电子-声子耦合强度α的增加而减少。     

压力下应变异质结中施主杂质态的Stark效应

对应变GaN/Al_xGa_1-xN异质结系统,考虑理想界面突变势垒,引入简化相干势近似,采用变分法讨论了流体静压力下外界电场对束缚于界面附近的浅杂质态结合能的影响.对GaN为衬底的闪锌矿应变异质结,分别计算了(001)和(111)取向时杂质态的结合能随压力、杂质位置、电场强度以及组分的变化关系.结果表明,杂质态结合能随流体静压力呈近线性变化.电场对杂质态的Stark效应则随杂质位置不同而呈现谱线蓝、红移动.此外,还讨论了在不同压力情况下,Al组分对杂质结合能的影响.当杂质处于GaN材料中且距界面较远时,Al组分的增加使电子的二维特性增强,从而使结合能增大,且压力加剧增幅的增加;当杂质处于Al_xGa_1-xN材料中,Al组分的增加削弱了杂质与电子间的库仑相互作用,故而结合能降低. 关键词： xGa_1-xN异质结')" href="#">GaN/Al_xGa_1-xN异质结 杂质态 压力 Stark效应     

纤锌矿GaN/ZnO 量子阱中的界面声子及其电声相互作用

根据介电连续模型和单轴晶体模型研究了纤锌矿量子阱中的界面声子模及其电声子相互作用的Fröhlich哈密顿。我们计算和讨论了纤锌矿GaN/ZnO单量子阱中的界面声子的色散关系和电声相互作用的耦合强度。色散曲线充分体现了纤锌矿晶体的各向异性;四支界面声子模出现在两个能量区域中,分别是：[ , ]和[ , ]。界面声子模出现消失的现象,光学声子模之间存在能量交迭区域。我们的结果也阐述了纤锌矿GaN/ZnO单量子阱中每支声子模与电子相互作用的对称性和耦合强度。     

外电场作用下纤锌矿氮化物抛物量子阱中极化子能级

The energy levels of a polaron in a wurtzite nitride finite parabolic quantum well (PQW)are studied by a modified Lee-Low-Pines variational method. The ground state of the polaron, the transition energy from first exited state to the ground state and the 关键词： 氮化物抛物量子阱 电子-声子相互作用 极化子     

纤锌矿In_(0.19)Ga_(0.81)N/GaN量子阱中光学声子和内建电场对束缚极化子结合能的影响

用改进的Lee-Low-Pines变分方法研究纤锌矿In0.19Ga0.81N/GaN量子阱结构中束缚极化子能量和结合能等问题,给出基态结合能、不同支长波光学声子对能量和结合能的贡献随阱宽和杂质中心位置变化的数值结果.在数值计算中包括了该体系中声子频率的各向异性和内建电场对能量和结合能的影响、以及电子和杂质中心与长波光学声子的相互作用.研究结果表明,In0.19Ga0.81N/GaN量子阱材料中光学声子和内建电场对束缚极化子能量和结合能的贡献很大,它们都引起能量和结合能降低.结合能随着阱宽的增大而单调减小,窄阱中减小的速度快,而宽阱中减小的速度慢.不同支声子对能量和结合能的贡献随着阱宽的变化规律不同.没有内建电场时,窄阱中,定域声子贡献小于界面和半空间声子贡献,而宽阱中,定域声子贡献大于界面和半空间声子贡献.有内建电场时,定域声子贡献变小,而界面和半空间声子贡献变大,声子总贡献也有明显变化.在In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中,光学声子对束缚极化子能量和结合能的贡献比GaAs/Al0.19Ga0.81As量子阱中的相应贡献(约3.2—1.8和1.6—0.3 meV)约大一个数量级.阱宽(d=8 nm)不变时,在In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中结合能随着杂质中心位置Z0的变大而减小,并减小的速度变快.随着Z0的增大,界面和半空间光学声子对结合能的贡献缓慢减小,而定域光学声子的贡献缓慢增大.     

压力及屏蔽对无限深量子阱中施主结合能的影响

对GaAs/Al_xGa_1-xAs和GaN/Al_xGa_1-xN无限深量子阱系统,考虑压力及屏蔽效应,利用变分方法数值计算这两种系统中的杂质态结合能。给出了结合能随阱宽和压力的变化关系,同时讨论了有无屏蔽时的区别。结果表明,结合能随压力增大而增大,随阱宽增大而减小;屏蔽效应随着压力的增加而增加,并且显著降低了杂质态的结合能。     

Electron mobility limited by surface and interface roughness scattering in AlxGa1-xN/GaN quantum wells

The electron mobility limited by the interface and surface roughness scatterings of the two-dimensional electron gas in AlxGa1-xN/GaN quantum wells is studied. The newly proposed surface roughness scattering in the AlGaN/GaN quantum wells becomes effective when an electric field exists in the AlxGa1-xN barrier. For the AlGaN/GaN potential well, the ground subband energy is governed by the spontaneous and the piezoelectric polarization fields which are determined by the barrier and the well thicknesses. The thickness fluctuation of the AlGaN barrier and the GaN well due to the roughnesses cause the local fluctuation of the ground subband energy, which will reduce the 2DEG mobility.     

外场下压力及屏蔽对无限深量子阱中施主结合能的影响

考虑外加磁场、压力及屏蔽效应,利用变分方法数值计算GaN/AlxGa1-xN无限深量子阱系统中的杂质态结合能。给出结合能随磁场和阱宽的变化关系,同时讨论了有无屏蔽时的区别。结果表明:在磁场和压力作用下,结合能随阱宽的增大而减小;阱宽和压力一定时,结合能随磁场的增大而增大。屏蔽效应使得有效库仑吸引作用减弱而导致杂质态结合能显著下降。屏蔽效应对结合能的影响随压力增大而增强,随磁场强度增大而减弱。     

外电场下应变量子阱中电子与空穴的本征态

考虑自发与压电极化引起的内建电场,自由电子-空穴气屏蔽效应和外加电场,基于常微分数值计算,自洽求解电子与空穴的薛定谔方程和泊松方程以获得基态能级。以典型的GaN/A lxGa1-xN纤锌矿氮化物应变量子阱为例,通过数值求解,得到电子与空穴的本征基态能和相应本征波函数。计算结果表明:沿量子阱生长方向所施加的外加电场将抵消阱中内建电场的作用,阱结构的弯曲程度略显平缓,使电子(空穴)本征波函数逆(顺)着外电场方向移动,且均向阱中心移动,波峰峰值增加,隧穿几率减小;在固定外电场情况下,电子与空穴基态能级随阱宽的增加而减小,随掺杂组分的增加而增加,表明外加电场对内建电场有所削弱以及量子限制作用对电子(空穴)基态能有显著的影响。     

纤锌矿GaN柱形量子点中类氢施主杂质态

在有效质量近似和变分原理的基础上,选取含两个变分参数的波函数,研究了纤锌矿结构的GaN/AlxGa1-xN单量子点中类氢施主杂质体系的结合能随量子点(QD)尺寸以及杂质在量子点中位置的变化,并与以前使用不同尝试波函数的计算结果进行了比较。结果表明:由我们选取的两变分参数波函数得到的结果与前人选取的两变分参数波函数得到的结果相比有所改进,而与选取一个变分参数波函数得到的结果一致。同时我们还计算了体系的维里定理值随量子点半径的变化情况,所得结果与前人工作结果一致,说明本文选取的两变分参数波函数能很好地描述柱形量子点中施主杂质态的运动。     

蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

Hydrogenic impurity bound polaron in a parabolic quantum dot with arbitrary electron-phonon coupling strength

A variational approach is employed to obtain the ground and the first excited state binding energies of an electron bound to a hydrogenic impurity in a polar semiconductor quantum dot (QD) with symmetric parabolic confinement in both two and three-dimensions. We perform calculations for the entire range of the electron-phonon coupling constant and the Coulomb binding parameter and for arbitrary confinement length. It is found that the binding energy of ground and first excited state is larger in a two-dimension (2D) dot than in a three-dimension (3D) dot and this trend is more pronounced with the increase of the electron-phonon coupling constant for the same value of the Coulomb binding parameter and confinement length. Furthermore, the ground and the first excited state binding energy increases with increasing the Coulomb binding parameter in both 2D and 3D QDs for the same electron-phonon coupling constant.