纖鋅礦InxGa1-xN-GaN量子阱中自由極化子能量.pdf

1、本文采用Lee-Low-Pines(LLP)變分法研究了纖鋅礦氮化物量子阱中自由極化子能量和電子-聲子相互作用對自由極化子能量的影響。理論計算中考慮了量子阱中定域聲子模(confined phonon modes)和半空間聲子模(half-space phonon modes)的影響以及光學聲子頻率的各向異性。給出纖鋅礦和閃鋅礦InxGa1-xN/GaN、GaN/AlxGa1-xN量子阱中自由極化子基態(tài)能量、第一激發(fā)態(tài)能量以及躍遷能量(

2、第一激發(fā)態(tài)到基態(tài))隨阱寬L和組分X的變化關(guān)系。數(shù)值計算結(jié)果表明，In0.3Ga0.7N/GaN和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱中自由極化子基態(tài)能量、激發(fā)態(tài)能量和躍遷能量隨阱寬增大而減小，最后趨于體材料In0.3Ga0.7N和GaN的三維值。閃鋅礦量子阱中極化子能量大于纖鋅礦量子阱中極化子的能量，而纖鋅礦量子阱中電子-聲子相互作用對極化子能量的貢獻大于閃鋅礦量子阱中相應值。比如，阱寬L=15nm時，纖鋅礦In0.3Ga0.7N/Ga

3、N和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱中這貢獻約35meV和40meV，而閃鋅礦In0.3Ga0.7N/GaN和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱中這貢獻約30 meV和35meV。阱寬較小時，定域聲子的貢獻小于半空間聲子貢獻，而阱寬較大時，定域聲子的貢獻大于半空間聲子貢獻。In0.3Ga0.7N/GaN和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱中電子-聲子相互作用對極化子能量的貢獻比GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱中的相應值(

4、約2.4meV)大的多，因此討論氮化物量子阱中極化子能量時不能忽略電子-聲子相互作用。計算結(jié)果還表明，InxGa1-xN/GaN和GaN/AlxGa1-xN量子阱中極化子的躍遷能量隨In/Al組分X的增加而增加，并且在阱寬比較窄時，躍遷能量隨組分X的增加趨勢比較明顯，而阱寬較大時，這一變化變的緩慢。同時還發(fā)現(xiàn)，在InxGa1-xN/GaN量子阱中，電子-聲子相互作用對極化子能量的貢獻隨著In組分x的增加而減少，而在GaN/AlxGa1-