纖鋅礦GaN-Al-,x-Ga-,1-x-N量子阱中激子能量.pdf

1、本文考慮了纖鋅礦GaN和AlxGa1-xN構(gòu)成的量子阱材料中電子(空穴)有效質(zhì)量和光學(xué)聲子模的各向異性以及聲子頻率隨波矢變化的效應(yīng)，采用Lee-Low-Pines(LLP)變分法計(jì)算了纖鋅礦GaN/AlxGa1-xN量子阱中激子的基態(tài)能量和結(jié)合能以及纖鋅礦GaN/AlN無(wú)限量子阱中激子的基態(tài)能量和結(jié)合能。給出了重空穴激子和輕空穴激子的基態(tài)能量和結(jié)合能隨著量子阱寬度和組分變化的函數(shù)關(guān)系。并對(duì)閃鋅礦和纖鋅礦GaN/Al0.3Ga0.7N量子

2、阱材料中重空穴激子的基態(tài)能量和結(jié)合能進(jìn)行了對(duì)比。在以上的計(jì)算過(guò)程中，介電常數(shù)分別使用了靜態(tài)介電常數(shù)和高頻介電常數(shù)。 計(jì)算結(jié)果表明，纖鋅礦GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱材料中重空穴激子和輕空穴激子的基態(tài)能量和結(jié)合能隨著量子阱寬度的增大而降低，在阱寬較小時(shí)急劇下降，阱寬較大時(shí)緩慢下降，最后接近于GaN體材料中的三維值。當(dāng)阱寬較小時(shí)，無(wú)限深勢(shì)阱中激子的基態(tài)能量和結(jié)合能量明顯大于有限深勢(shì)阱中的相應(yīng)值；當(dāng)阱寬較大時(shí)，這兩種勢(shì)阱中激子

3、的基態(tài)能量和結(jié)合能量值趨于一致。 數(shù)值計(jì)算的結(jié)果還表明，纖鋅礦GaN/AlxGa1-xN有限深量子阱中激子的基態(tài)能量和結(jié)合能隨著Al組分x(量子阱深度)的增大而逐漸增大，在窄阱(如4nm)中這一變化規(guī)律很明顯，而在寬阱(如12nm)中這一變化規(guī)律非常緩慢。以上變化規(guī)律與電子和空穴在量子阱中受量子限制有關(guān)。研究結(jié)果還表明，電子-聲子相互作用使激子的結(jié)合能明顯降低(約降低10％-16％)；重空穴激子的基態(tài)能量和結(jié)合能小于輕空穴激子的