極性半導(dǎo)體三元混晶及其低維系統(tǒng)中的聲子極化激元.pdf

1、由于其獨(dú)特的物理性質(zhì)以及在異質(zhì)結(jié)、量子阱、超晶格、量子線、量子點(diǎn)等半導(dǎo)體低維系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,極性半導(dǎo)體三元混晶成為了制造許多新型的電子和光電器件的重要材料.因此,三元混晶中元激發(fā)的研究也成為目前凝聚態(tài)物理中十分前沿的研究領(lǐng)域之一,受到了廣泛和持續(xù)的關(guān)注.本文系統(tǒng)地研究了三元混晶體材料、半無限大體材料、三元混晶薄膜材料、以及由三元混晶組成的雙層薄膜系統(tǒng)、量子阱、自由量子線的體、表面、界面聲子極化激元的性質(zhì).采用改進(jìn)的無規(guī)元素孤立位移模型

2、和玻恩-黃近似,結(jié)合電磁場(chǎng)的麥克斯韋方程和邊界條件,研究了聲子極化激元的色散關(guān)系及其相關(guān)問題.另外,三元混晶的“單雙?！毙詫?duì)極化激元的影響也做了討論,獲得的結(jié)果主要有： 一、運(yùn)用改進(jìn)的無規(guī)元素孤立位移模型和玻恩-黃近似,研究了極性三元混晶體材料的聲子極化激元及其相關(guān)問題,以Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族三元混晶AlxGa1-xAs、ZnxCd1-xS和GaxIn1-xN為例,數(shù)值計(jì)算了聲子極化激元的頻率作為波矢和混晶組分的函數(shù)以及振子強(qiáng)度隨組

3、分的變化規(guī)律.研究結(jié)果表明：體材料中的極化激元有被兩個(gè)禁帶隔開的三個(gè)傳播帶,其中兩支具有類聲子特征的極化激元模的能量隨組分的改變呈非線性變化；對(duì)于不同材料,極化激元的“雙?！毙院汀皢文！毙栽谏⑶€中也體現(xiàn)了出來. 二、采用改進(jìn)的無規(guī)元素孤立位移模型和玻恩-黃近似,結(jié)合電磁場(chǎng)的麥克斯韋方程和邊界條件,研究了半無限大極性三元混晶體材料表面的聲子極化激元模,數(shù)值計(jì)算了三元混晶AlxGal-xAs、ZnxCd1-xS和GaxIn1-xN系統(tǒng)的

4、表面極化激元頻率以及表面聲子對(duì)波矢和組分的依賴關(guān)系.結(jié)果表明：在半無限大體材料中傳播的表面極化激元,其頻率分為兩支；表面模頻率對(duì)組分的依賴是非線性的；不同材料的表面極化激元模亦顯示出“雙?！焙汀皢文！毙蕴卣? 三、研究了極性三元混晶膜的表面聲子極化激元.以AlxGa1-xAs、ZnxCd1-xS和GaxIn1-xN膜為例,獲得了其中表面聲子極化激元的頻率作為波矢和膜厚之函數(shù)的數(shù)值結(jié)果并進(jìn)行了討論.結(jié)果指出：在三元混晶膜中有四支表

5、面聲子極化激元,不同材料極化激元模的色散曲線亦反映了材料聲子模的“雙模”和“單?！毙? 四、研究了由極性三元混晶組成的雙層薄膜系統(tǒng)的表面和界面聲子極化激元.數(shù)值計(jì)算了GaAs/AlxGa1-xAs、ZnSe/ZnxCd1-xSe和ZnS/ZnSxSe1-x等雙層薄膜系統(tǒng)表面和界面處的極化激元頻率作為波矢和組分的函數(shù).結(jié)果表明在極性三元混晶雙層薄膜系統(tǒng)中有六支表面和界面極化激元,三元混晶的“雙?！毙院汀皢文！毙詫?duì)其的影響在色散曲線

6、中體現(xiàn)了出來,研究了不同情況中表面和界面極化激元電場(chǎng)的空間分布,并討論了一些特殊的異質(zhì)結(jié)構(gòu)情形. 五、進(jìn)一步研究了由極性三元混晶組成的量子阱系統(tǒng)的界面聲子極化激元.數(shù)值計(jì)算了GaAs/AlxGa1-xAs、ZnSxSe1-x/ZnS和ZnxCd1-xSe/ZnSe等量子阱系統(tǒng)界面處的極化激元頻率作為波矢、組分和阱層厚度的函數(shù).結(jié)果表明在由極性三元混晶組成的量子阱系統(tǒng)中有六支界面極化激元,三元混晶的“雙模”性和“單?！毙詫?duì)極化激元