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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物理性质有重要的影响,因此研究纤锌矿GaN/ZnO量子阱中的光学声子模性质具有十分重要的物理意义。
第二章的工作:根据介电连续模型和单轴晶体模型,运用传递矩阵的方法研究了纤锌矿量子阱中的界面声子,并且计算和讨论了纤锌矿GaN/ZnO单量子阱和耦合量子阱中的界面声子的色散关系。计算结果表明纤锌矿结构的材料中界面光学声子呈现出独有的特点:纤锌矿晶体的各向异性对界面声子模有大的影响,界面声子模出现在两个能量区域中,分别是:[ω⊥,TZnO,ωz,TGaN]和[ω⊥,LZnO,ωz,LGaN];界面声子随波数q⊥上的减小色散越发明显、随波数q⊥增大分别趋近于54.32meV和86.56meV两个定值:有一个十分特殊的现象:当波数q⊥值非常小时,出现界面声子的色散消失现象。消失部分将穿越界面声子的能量区域转化为准受限声子或半空间声子,这是由于纤锌矿GaN/ZnO量子阱中存在着能量重叠区域。
第三章的工作:在第二章工作的基础上,我们推导出界面声子的P-极化二维本征模矢量→π(q⊥,z)正交关系和电声相互作用的哈密顿。对纤锌矿结构单量子阱GaN/ZnO/GaN和耦合量子阱ZnO/GaN/ZnO/GaN/ZnO的电声耦合强度进行了计算和讨论。结果表明:单量子阱中四支界面声子或耦合量子阱中的八支界面声子都与电子发生相互作用,但发生的电声相互作用效果是不同的。对于一个给定的界面声子模与电子相互作用的耦合强度关于量子阱中心有固定的对称性;电子与界面声子的耦合强度的峰值主要位于量子阱的界面位置。由于低频界面声子的耦合强度大于高频界面声子,因此低频界面声子的电声相互作用大于高频界面声子的,这个结论不同于在纤锌矿GaN/AlN纳米线结构中,高频声子对电声相互作用的贡献大于低频声子。电声相互作用中长波界面声子有更大的贡献。