GaN/AlN量子点结构中的应变分布和压电效应

从Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体压电极化对应变的依赖关系出发,采用有限元方法计算了GaN/AlN量子点结构中的应变分布,研究了其自发极化、压电极化以及极化电荷密度.结果表明,应变导致的压电极化和Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体所特有的自发极化将导致电荷分布的变化,使电子聚集在量子点顶部,空穴聚集在量子点下面的湿润层中,在量子点结构中产生显著的极化电场,并讨论了电场的存在对能带带边的形状以及能级分布的影响.

有限元法计算GaN/AlN量子点结构中的电子结构

根据有效质量理论单带模型,采用有限元方法(FEM)计算了GaN/AlN量子点结构中的电子结构,分析了应变和极化对电子结构的影响,计算了不同尺寸的量子点的能级,分析了量子点的大小对电子能级的影响.结果表明,形变势和压电势提升了电子能级,而且使简并能级分裂.随着量子点尺寸的增大,量子限制能减小,而压电势能起到更显著的作用,使电子的能级降低,吸收峰发生红移.

不同晶面应变纤锌矿GaN/AlN量子阱的价带结构理论研究

为深刻理解应变异质结量子阱结构的物理性质,帮助改进基于宽禁带氮化物半导体器件的设计,本文基于六带应力相关的k·p哈密顿量与自洽薛定谔-泊松方程建立了在场约束效应下极性(0001)、半极性(10■2)及非极性(10■0)晶面的纤锌矿GaN/AlN量子阱价带子带模型,并给出了不同晶面GaN/AlN量子阱在双轴和单轴应力作用下的子带能量色散关系。根据应力对量子阱价带结构的影响,对应力与空穴有效质量之间的微观物理关系进行了综合研究。结果表明,价带结构对晶体取向的改变有很大的依赖性。双轴应力对有效质量的改善效果不大,然而单轴压缩应力通过降低垂直沟道方向的能量使低有效质量区域获得更多的空穴,从而有效降低空穴有效质量,且在不同晶面的结构中都减少了约90%。

GaN量子点层厚度对太赫兹量子点级联激光器有源区优化设计的影响

近年来,随着太赫兹科学技术的兴起,GaN基量子级联激光器成为进一步提高太赫兹源工作温度潜力的研究方向之一。半导体量子点由于其优越的量子限制效应对改善光电器件的特性有重要的作用。本文系统研究了引入GaN量子点后,GaN量子点层厚度对双阱结构周期的Al_(x)Ga_(1-x)N/Al_(y)Ga_(1-y)N太赫兹量子点级联激光器的有源区结构优化设计的影响,并考虑了各种不同掩埋量子点的阱层厚度的影响。发现该结构中量子点层厚度越小,跃迁发光能级的能量间隔越小,且处于太赫兹光能量范围内;反之量子点层厚度越大,明显超出了太赫兹范围,尤其超过2 nm后压电极化效应使量子点左侧的阱中的三角形势垒抬高,更加不利于发光跃迁的进行。因此量子点级联激光器要产生太赫兹波段的辐射需要量子点层厚度足够小,对该结构来说应小于等于1 nm。此外还发现总体上跃迁发光的能级间隔几乎不受掩埋量子点的阱层厚度的影响。这些研究结果可为引入GaN量子点的Al_(x)Ga_(1-x)N/Al_(y)Ga_(1-y)N太赫兹量子点级联激光器有源区结构的设计和实现提供有意义的参考,助力于太赫兹源工作温度的潜在提高和将来太赫兹科技的真正走向社会应用。