Ⅲ族氮化物量子點(diǎn)體系激子特性的研究.pdf

1、本文利用有效質(zhì)量方法和變分原理，考慮內(nèi)建電場(chǎng)和量子點(diǎn)的三維約束效應(yīng)，研究了約束在GaN/AlxGa1-xN量子點(diǎn)中的激子態(tài)。詳細(xì)討論了激子態(tài)和量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及勢(shì)壘層中的Al含量之間的關(guān)系。結(jié)果表明：由自發(fā)極化和壓電極化引起的內(nèi)建電場(chǎng)導(dǎo)致量子點(diǎn)的有效帶隙減小，電子、空穴產(chǎn)生明顯分離，這對(duì)量子點(diǎn)的光學(xué)特性有重要影響；隨Al含量的增加，GaN/AlxGa1-N異質(zhì)界面處的導(dǎo)帶不連續(xù)性增強(qiáng)，勢(shì)壘變高，載流子受到的約束增強(qiáng)，激子結(jié)合能增加，電

2、子-空穴的復(fù)合率先增大后減小，存在最大值；對(duì)給定體積的量子點(diǎn)，隨高度的變化激子結(jié)合能存在最大值，相應(yīng)的電子、空穴被最有效約束，激子態(tài)最穩(wěn)定。為了獲得有效的電子、空穴復(fù)合過(guò)程，量子點(diǎn)的高度應(yīng)該小于5.5nm?！　⊙芯苛薎nxGa1-xN/GaN量子點(diǎn)系統(tǒng)。由于極化效應(yīng)而在InxGa1-xN量子點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)將使InGaN材料的能帶發(fā)生彎曲、有效帶隙減小。同時(shí)，電場(chǎng)使電子、空穴向相反的方向移動(dòng)，使得電子和空穴的波函數(shù)在Z方向產(chǎn)生顯著分

3、離，電子被局域在量子點(diǎn)的頂部，而空穴被局域在量子點(diǎn)的底部。這些都將對(duì)量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。數(shù)值計(jì)算發(fā)現(xiàn)：對(duì)給定體積的InxGa1-xN/GaN量子點(diǎn)，激子結(jié)合能存在一最大值，此時(shí)電子、空穴被最有效的約束在量子點(diǎn)內(nèi)。對(duì)不同體積的量子點(diǎn)，最大值的位置在量子點(diǎn)高度L=1.7nm附近取得。這一結(jié)果對(duì)量子點(diǎn)光電子器件的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義；由于自發(fā)極化和壓電極化而引起的內(nèi)建電場(chǎng)使電子、空穴產(chǎn)生明顯的空間分離，激子結(jié)合能減小。在應(yīng)用InxG