闪锌矿InGaN/GaN低维量子结构中电子和光学性质

论文摘要

在有效质量近似下,本文采用类氢型的试探波函数,运用变分法系统地研究了外电场对闪锌矿InGaN/GaN耦合多量子阱中的类氢杂质态的影响。在计算过程中,我们考虑了多量子阱阱宽、势垒层厚度、杂质位置以及外电场强度对施主杂质束缚能的影响。对所得数值结果进行详细的分析和讨论之后,得到如下结论:随着量子阱阱宽的增大,位于多量子阱左阱中心处的杂质其杂质束缚能随着量子阱的增大有一个最大值;而位于多量子阱的中间阱和右阱中的杂质其杂质束缚能随着阱宽的增大单调减小;随着势垒层厚度的增大,由于外电场的影响,位于多量子阱左阱中心处的杂质其杂质束缚能先增大后趋于不变;当外电场足够强时,位于多量子阱各阱中心处的杂质其杂质束缚能将不会随着外电场的增大而变化;当量子阱逐渐增大时,位于多量子阱左阱中心处的杂质其杂质束缚能随着外电场的变化有一个最大值。而且,最大束缚能相对应的临界电场会随着量子阱阱宽的增大而逐渐减小。为了研究外电场对闪锌矿InGaN/GaN单量子点中激子及相关光学性质的影响,本文在有效质量近似下,采用高斯型的试探波函数,运用变分法详细计算了量子点点高、量子受限势、外电场强度对量子点中的基态激子束缚能、带间跃迁能量、基态振子强度和线性光极化率的影响。主要结论如下:任意电场情况下,激子束缚能、带间跃迁能量随着量子点点高的增大而减小;考虑外电场影响后,激子束缚能、带间跃迁能量随着量子点点高的增大而迅速降低;除此之外,振子强度也会随着外电场的增强而迅速减小;当量子点点高比较大时,外电场对量子点中的激子及发光性质的影响更加明显;激子束缚能、振子强度会随着In含量的增大而增大。当In含量比较小的时候,激子束缚能对In含量的变化更加敏感;随着外电场的增大,基态线性光极化率的强度会减小。为了研究闪锌矿InGaN/GaN非对称耦合量子点中类氢杂质态,本文在有效质量近似下,采用高斯型的试探波函数,运用变分法研究了量子点点高、中间垒宽、杂质位置对施主杂质位置的影响。主要结论如下:随着杂质位置的变化,杂质束缚能有一个最大值;当杂质位于非对称耦合量子点的宽点中时,施主束缚能较大。除此之外,改变非对称耦合量子点的任意一个点高都会对杂质束缚能有很显著的影响。当杂质位于非对称耦合量子点宽点中时,杂质束缚能对中间垒层的变化不敏感(当中间垒层比较大时)。为了研究外电场对闪锌矿InGaN/GaN对称耦合量子点中类氢杂质态的影响,本文在有效质量近似下,采用高斯型的试探波函数,运用变分法研究了量子点点高、中间垒宽、杂质位置和外电场对施主杂质束缚能的影响。对所得数值结果进行详细的分析和讨论之后,得到如下结论:在外电场的影响下,施主束缚能有一个最大值,而且,最大值对应的杂质位置位于对称耦合量子点的右点中(电场逆着量子点生长方向)。当量子点点高增大时,施主束缚能减小(位于右量子点中心处的杂质除外)。值得特别指出的是,当杂质位于右量子点中心处时,当势垒层(外电场)比较厚(大)时,施主束缚能对势垒层(外电场)的变化不敏感。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铟镓氮和氮化镓的晶体结构
• 1.2 半导体异质结构简介
• 1.3 InGaN/GaN 半导体异质结构的研究进展
• 1.4 闪锌矿InGaN/GaN 半导体异质结构的研究现状
• 第二章 闪锌矿InGaN/GaN 对称耦合多量子阱中的类氢杂质态
• 2.1 多量子阱的概念
• 2.2 外电场影响下，研究对称耦合多量子阱中类氢杂质态的理论模型
• 2.3 计算结果分析与讨论
• 2.4 小结
• 第三章 外电场对闪锌矿InGaN/GaN 单量子点中的激子及相关光学性质的影响
• 3.1 激子概念
• 3.2 理论模型
• 3.3 计算结果与讨论
• 3.4 小结
• 第四章 闪锌矿InGaN/GaN 非对称耦合量子点中的类氢杂质态
• 4.1 理论模型
• 4.2 计算结果分析与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 外电场对闪锌矿InGaN/GaN 对称耦合量子点中的施主杂质态的影响
• 5.1 理论模型
• 5.2 计算结果分析与讨论
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录A:没有外电场情况下，多量子阱中的电子波函数及相应能量本征值的求解过程
• 附录B:有外电场情况下，多量子阱中的电子波函数及相应能量本征值的求解过程
• 附录C:在有效质量近似下，量子阱中杂质能量的表达式
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果