论文摘要
本文考虑纤锌矿结构的氮化物半导体材料的单轴异性，在有效质量近似下采用变分理论研究了体材料杂质态结合能及其极化子效应；计及电子有效质量，材料介电常数及晶格振动频率随流体静压力的变化，讨论了压力对杂质态结合能的影响。对氮化物半导体GaN、AlN、InN体材料中的杂质态结合能进行了数值计算，给出结合能随结构异性角的变化关系，并讨论了流体静压力对杂质态结合能的影响。结果显示，结构的单轴异性对结合能的影响显著，杂质态的结合能随压力增加而增加。本文首先计算纤锌矿结构的单轴异性对杂质态的影响。结果表明，杂质态结合能随结构异性角增大单调增加，在垂直于主轴方向达到极大值。与闪锌矿（各向同性）结构相比，GaN和AlN材料中的杂质态结合能在主轴方向低于闪锌矿结构，在垂直于主轴方向高于闪锌矿结构，而InN材料中的杂质态结合能始终低于闪锌矿结构。研究发现单轴异性对结合能的影响主要来自介电常数的各向异性。进而，考虑流体静压力效应，同时计入纤锌矿结构中两类异常光学声子模（LO-like声子和TO-like声子）的作用，利用改进的LLP中间耦合方法处理电子-声子相互作用，讨论氮化物体材料中极化子效应对杂质态结合能的影响。结果表明，极化子效应使杂质态结合能明显降低，但压力使极化子效应减弱。极化子效应的主要贡献来自杂质态—LO-like声子相互作用。