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宽禁带Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体InxGa1-xN/GaN异质结构,由于在光电子学和电子学的器件中有着广阔的应用而倍受人们的关注。实验上已经证明,在InxGa1-xN激活层中自组织地形成许多富铟类量子点,这些量子点作为束缚电子和空穴的三维量子陷阱,极大地增强了带间光跃迁。另一方面在InxGa1-xN/GaN异质结构中由于自发和压电极化而引起的强内建电场,又使量子点中的电子和空穴发生空间分离。因此量子点的空间受限和内建电场效应这一对相互矛盾的因素共同影响着相应光电器件的性能。
本文第一章综述了有关半导体量子点近年来的研究进展,第二章概要地给出了Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体的性质。在第三章中,我们介绍了解决纤锌矿结构GaN/InxGa1-xN/GaN/InxGa1-xN/GaN柱型耦合量子点中的激子态的理论模型,其中首先研究了对称GaN/InxGa1-xN/GaN/InxGa1-xN/GaN应变耦合量子阱中的内建电场,然后在有效质量近似下,利用变分法,研究了束缚于对称GaN/InxGa1-xN/GaN/InxGa1-xN/GaN应变耦合量子点中的激子态。我们的研究既考虑了量子点对电子和空穴的三维空间受限,也考虑了由于自发和压电极化引起的内建电场效应。第四章给出了我们的计算结果:由于自发和压电极化引起的内建电场非常强,大约几个MV/cm数量级。这个强内建电场使InxGa1-xN/GaN量子点的有效带隙降低,发光波长增加。我们的计算结果也显示了,随着InxGa1-xN/GaN量子点高度LInGaN或铟含量的增加,发光波长增加,电子-空穴之间的复合率明显地减小。当两个量子点中间的垒层厚度LGaN增加时,激子结合能和电子空穴复合率都降低,发光波长增加。理论的计算也显示了激子效应引起发光波长明显地增加。我们的理论计算结果和实验符合的很好。最后在第五章,给出了我们计算的主要结论。