纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中电子—声子相互作用对极化子能量的影响

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采用改进的Lee-Low-Pines (LLP)中间耦合方法研究了纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱材料中的极化子能级。绘出了在纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中系统的基态能量、跃迁能量、电子-声子相互作用对基态能量的贡献随阱宽(d)和组分(x)的变化趋势图。计算中考虑了两类声子模,即定域声子和界面声子,同时还考虑了纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中光学声子模、介电常数的各向异性。研究结果显示,纤锌矿ZnO/Mg0.3Zn0.7O量子阱中,随阱宽d增大,极化子基态能量、跃迁能量减小。阱宽d约2nm~6nm时,基态能量急剧下降,阱宽d约6nm~30nm时,下降较为平缓,最后缓慢地接近ZnO体材料值。纤锌矿ZnO/Mg0.3Zn0.7O量子阱中声子的总贡献约50~74meV,所以受到电子-声子作用后基态能量降低。对于定域声子和界面声子,对称声子模的贡献明显大于反对称声子模的贡献。界面声子模的贡献随着d的增大而减小,而定域声子模的贡献随着d的增大而增大。在阱宽d约2nm~6nm时,界面声子模相对定域声子模的贡献大;阱宽6nm~30nm时,定域声子相对界面声子模的贡献大。阱宽为d=4,8nm的纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中,随组分x(0.1~0.4)的不断增大,基态能量、跃迁能量、不同声子模的贡献均增大。阱宽d=4nm时的基态能量、跃迁能量随组分x的变化程度明显大于阱宽8nm时的相应值。纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中阱宽4nm时,界面声子的贡献大于定域声子的贡献,阱宽为8nm时情况相反。在纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中极化子效应比GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中极化子效应更明显。结果还显示类LO声子对极化子基态能量的贡献远大于类TO声子贡献,类TO声子的影响可忽略不计。
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