纤锌矿InxGa1-xN/GaN量子阱中电子—声子相互作用对束缚极化子能量的影响

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本文采用Lee-Low-Pines(LLP)变分法研究了纤锌矿和闪锌矿InxGa1-xN/GaN(GaN/AlxGa1-xN)量子阱中束缚极化子结合能和电子-声子相互作用对束缚极化子能量的影响。给出纤锌矿和闪锌矿InxGa1-xN/GaN(GaN/AlxGa1-xN)量子阱中束缚极化子基态能量、结合能和电子-声子相互作用对束缚极化子基态能量的贡献随着阱宽d和材料组分In(Al)的变化关系。在计算中考虑了定域光学声子模、界面光学声子模以及它们的各向异性。研究结果表明,纤锌矿和闪锌矿In0.3Ga0.7N/GaN(GaN/Al0.3Ga0.7N)量子阱中束缚极化子基态能量和基态结合能随着阱宽d的增大而降低,最后趋近于体材料In0.3Ga0.7N(GaN)的相应值。纤锌矿量子阱中束缚极化子基态能量小于闪锌矿量子阱中束缚极化子的相应能量,而纤锌矿量子阱中电子-声子相互作用对束缚极化子能量的贡献和基态结合能大于闪锌矿量子阱中相应值。对于不同的声子模,当阱宽d较小时,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d的增大,界面声子模的贡献急剧减小,最后接近零。而定域声子模的贡献随着阱宽d的增大急剧增大,到某一阱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。电子-声子相互作用对束缚极化子基态能量和结合能的贡献较大,使基态能量和结合能降低。纤锌矿In0.3Ga0.7N/GaN量子阱中电子—光学声子相互作用对极化子基态能量的贡献(约2436meV)比GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱中的相应值(约1.83.2meV)大的多。因此研究纤锌矿In0.3Ga0.7N/GaN (GaN/Al0.3Ga0.7N)量子阱中束缚极化子问题时电子-声子相互作用是不可忽略的部分。计算结果还表明,阱宽较小时InxGa1-xN/GaN和GaN/AlxGa1-xN量子阱中基态能量随着组分In(Al)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量子阱中电子-声子相互作用对基态能量的贡献和基态结合能随着组分Al的增加而增大,而InxGa1-xN/GaN量子阱中的情况正好相反。在纤锌矿In0.3Ga0.7N/GaN和GaN/Al0.3Ga0.7N量子阱(阱宽为8nm和26nm)中,束缚极化子基态结合能随着杂质位置Z0的增大而降低,定域声子对基态能量的贡献随着杂质位置Z0的增大而降低,而界面声子的贡献随着杂质位置Z0的增大而增大,电子声子-相互作用的总贡献随着杂质位置Z0的增大而缓慢减小。
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