纤锌矿InxGa1-xN/GaN量子阱中界面声子对极化子能量的影响

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采用Lee-Low-Pines (LLP)变分法,研究了纤锌矿InxGa1-xN/GaN(GaN/AlxGa1-xN)量子阱中极化子基态能量,第一激发态能量,跃迁能量(第一激发态到基态),以及电子-声子相互作用对极化子基态能量的贡献随着阱宽d和阱深(组分x)的变化关系.在计算中我们考虑了定域光学声子模和界面光学声子模,并计入他们的各向异性.为了进行比较,我们还计算了闪锌矿InxGa1-xN/GaN(GaN/AlxGa1-xN)量子阱中的相应能量.计算结果表明, In0.3Ga0.7N/GaN和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱中极化子的基态能量,第一激发态能量,跃迁能量随着量子阱阱宽(d)的增大而减小,最后趋近于体材料In0.3Ga0.7N和GaN的三维值.纤锌矿量子阱中极化子能量和跃迁能量小于闪锌矿量子阱中极化子的相应能量,而纤锌矿量子阱中电子-声子相互作用对极化子能量的贡献大于闪锌矿量子阱中相应值.比如,d=20nm时,纤锌矿In0.3Ga0.7N/GaN和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱中这贡献约为35meV和40meV,而闪锌矿In0.3Ga0.7N/GaN和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱中这贡献约为30meV和35meV.对于不同的声子模来说,当阱宽d非常小时,界面声子对基态能量的贡献远大于定域声子对基态能量的贡献,随着阱宽的增大,界面声子模的贡献急剧减小,最后接近0.而定域声子模的贡献随着阱宽的增大急剧增大,到某一宽度时它的贡献大于界面声子模的贡献,最后趋近于总贡献.氮化物In0.3Ga0.7N/GaN和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱中的电子-声子相互作用对极化子能量的贡献比GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱中相应值(约2.5mev)大得多,因此讨论氮化物量子阱中极化子能量时不能忽略电子-声子相互作用.计算结果还表明,阱宽较小时InxGa1-xN/GaN和GaN/AlxGa1-xN量子阱中基态能量,激发态能量和跃迁能量随着阱深(组分x)的增加趋势比较明显,而阱宽较大时这趋势比较缓慢.同时还发现,GaN/AlxGa1-xN量子阱中的电子-声子相互作用对基态能量的贡献随着阱深(组分x)的增加而增大,而InxGa1-xN/GaN量子阱中的情况正好相反.
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