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摘要:近年来,宽禁带纤锌矿结构半导体如ZnO、GaN、AlN及其合金等在微电子和光电子器件中的广泛应用,已成为半导体材料领域的研究热点,其中一个十分重要的课题就是这些材料所构成的异质结中的光学声子模及其电声相互作用。由于光学声子模对纤锌矿量子阱的理论性质有重要的影响。因此研究纤锌矿GaN/ZnO光学声子模性质具有十分重要的物理意义。
关键词:量子阱 界面声子 色散关系 电声相互作用
我们知道在室温和较高的温度下,电子与光学声子作用对半导体的电学特性具有重要的作用。在量子异质结中,电声相互作用影响其他主要的性质,象热电子的驰豫率,子带迁移率,室温激子的寿命等。纤锌矿量子异质结中的光学特性和输运特性也会被电声相互作用所影响。所以研究纤锌矿半导体异质结中的电子与声子相互作用,具有重要的物理意义。
1、纤锌矿结构量子阱中的电子-界面声子相互作用哈密顿
电子与声子相互作用的Fr?觟hlich哈密顿可以通过把在r处的电子与声子相互作的能量量子化得到。对于界面光学声子的电声相互作用的哈密顿,我们可以通过标准的量子化过程,得到电子与界面声子相互作用的Fr?觟hlich哈密顿
以上的方程具有普遍的意义,我们可以用来研究任意层纤锌矿结构多异质结、量子阱中的界面声子与电子的相互作用,对进一步研究纤锌矿结构多量子阱中的极化子效应、激子与声子的相互作用具有重要的意义
2、计算结果与讨论
在介电连续模型和单轴晶体模型传递矩阵的方法下,我们将界面光学声子场量子化,得到量子化的界面光学声子场,得出了任意多层纤锌矿结构量子阱中界面光学声子的电声相互作用的哈密顿。为了更清楚地了解电声相互作用的耦合强度,我们分别计算了纤锌矿结构单量子阱GaN/ZnO/GaN(厚度为∞/5nm/∞)和耦合量子阱ZnO/GaN/ZnO/GaN(厚度为∞/5nm/3nm/5nm/∞)中的电子与界面声子的耦合强度。计算中所用GaN和ZnO的参数见下表。
4 主要结论
通过了解纤锌矿量子阱中的界面声子与电子相互作用,计算了纤锌矿结构的单量子阱GaN/ZnO/GaN和耦合量子阱ZnO/GaN/ZnO/GaN中的电声相互作用。结果表明:随着波数的变化不同的界面声子对电声相互作用的贡献不同;低频界面声子的电声相互作用是大于高频界面声子的,且电声相互作用中长波界面声子有更大的贡献。我们的结论对进一步研究研究纤锌矿量子阱中的电声相互作用、极化子、激子与LO声子的相互作用具有重要的意义。
参考文献
[1] 危书义, 黄文登. GaN/AlN量子阱中的准受限声子[J]. 液晶与显示, 2005, 20(4): 309-311.
[2] 危书义, 张芳, 黄文登. 纤锌矿AlxGa1-xN/GaN量子阱中的界面声子模[J]. 液晶与显示, 2006, 21(4): 336-342
关键词:量子阱 界面声子 色散关系 电声相互作用
我们知道在室温和较高的温度下,电子与光学声子作用对半导体的电学特性具有重要的作用。在量子异质结中,电声相互作用影响其他主要的性质,象热电子的驰豫率,子带迁移率,室温激子的寿命等。纤锌矿量子异质结中的光学特性和输运特性也会被电声相互作用所影响。所以研究纤锌矿半导体异质结中的电子与声子相互作用,具有重要的物理意义。
1、纤锌矿结构量子阱中的电子-界面声子相互作用哈密顿
电子与声子相互作用的Fr?觟hlich哈密顿可以通过把在r处的电子与声子相互作的能量量子化得到。对于界面光学声子的电声相互作用的哈密顿,我们可以通过标准的量子化过程,得到电子与界面声子相互作用的Fr?觟hlich哈密顿
以上的方程具有普遍的意义,我们可以用来研究任意层纤锌矿结构多异质结、量子阱中的界面声子与电子的相互作用,对进一步研究纤锌矿结构多量子阱中的极化子效应、激子与声子的相互作用具有重要的意义
2、计算结果与讨论
在介电连续模型和单轴晶体模型传递矩阵的方法下,我们将界面光学声子场量子化,得到量子化的界面光学声子场,得出了任意多层纤锌矿结构量子阱中界面光学声子的电声相互作用的哈密顿。为了更清楚地了解电声相互作用的耦合强度,我们分别计算了纤锌矿结构单量子阱GaN/ZnO/GaN(厚度为∞/5nm/∞)和耦合量子阱ZnO/GaN/ZnO/GaN(厚度为∞/5nm/3nm/5nm/∞)中的电子与界面声子的耦合强度。计算中所用GaN和ZnO的参数见下表。
4 主要结论
通过了解纤锌矿量子阱中的界面声子与电子相互作用,计算了纤锌矿结构的单量子阱GaN/ZnO/GaN和耦合量子阱ZnO/GaN/ZnO/GaN中的电声相互作用。结果表明:随着波数的变化不同的界面声子对电声相互作用的贡献不同;低频界面声子的电声相互作用是大于高频界面声子的,且电声相互作用中长波界面声子有更大的贡献。我们的结论对进一步研究研究纤锌矿量子阱中的电声相互作用、极化子、激子与LO声子的相互作用具有重要的意义。
参考文献
[1] 危书义, 黄文登. GaN/AlN量子阱中的准受限声子[J]. 液晶与显示, 2005, 20(4): 309-311.
[2] 危书义, 张芳, 黄文登. 纤锌矿AlxGa1-xN/GaN量子阱中的界面声子模[J]. 液晶与显示, 2006, 21(4): 336-342