纤锌矿GaN/InxGa1-xN/GaN球形核壳量子点中的光吸收性质

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本文计入纤锌矿材料中强内建电场的影响,利用有限差分法和密度矩阵原理研究了纤锌矿GaN/InxGa1-xN/GaN球形核壳量子点中子带间和带间光吸收的性质.讨论了内建电场、入射光强、混晶组分和各壳层尺寸对光吸收系数和折射率变化的影响.主要研究结果如下:  对子带间光吸收性质的研究表明,当考虑内建电场时,由于电子各能级间距减小,使得跃迁能显著降低,光吸收系数和折射率变化的峰值位置均发生了红移;随着入射光强的增加,光吸收系数和折射率变化均出现饱和现象,且光吸收系数的吸收峰发生劈裂,折射率变化的零值附近出现次峰;当混晶组分增加时,光吸收系数和折射率变化的峰值位置均向高能方向移动,且光吸收系数的峰值强度均随混晶组分的增加而显著减小,折射率变化的峰值强度对混晶组分的依赖性很小;在尺寸效应方面,随着核半径和阱宽的增加,光吸收系数和折射率变化的峰值位置均发生了红移,且折射率变化的峰值强度显著增加.而光吸收系数的峰值强度对阱宽的依赖性很小,仅随核半径的增加在逐渐减小.  对带间光吸收性质的研究表明,当考虑内建电场时,由于强内建电场导致了电子和空穴波函数的耦合减弱,光吸收系数和折射率变化的峰值强度有一个量级的显著降低,且跃迁能的增加,使峰值位置发生了明显的蓝移;随着入射光强的增加,光吸收系数和折射率变化出现饱和现象;随着混晶组分的增加,光吸收系数和折射率变化的峰值位置均向低能方向移动,且峰值强度均显著减小;在尺寸效应方面,核半径的增加和阱宽的减小均导致光吸收系数和折射率变化的峰值位置发生了蓝移,且光吸收系数和折射率变化的峰值强度对核半径的依赖性很小,仅随着阱宽的增加显著降低.  对比发现,内建电场对带间光吸收性质的影响更为显著,且带间光吸收表现出更高的吸收系数,而子带间光吸收则更容易观察到高阶非线性的吸收过程.这些结果有助于为相关光电器件的设计提供理论依据.
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