闪锌矿GaN/AlGaN量子阱:激子态与光跃迁研究
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更新于2024-08-11
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"这篇论文是2012年发表在《河南大学学报(自然科学版)》第42卷第1期上的,作者是蒋逢春、李俊玉、苏玉玲和张志峰,主要研究了闪锌矿结构的GaN/AlGaN量子阱中的激子态和带间光跃迁现象。通过有效质量近似和变分方法,论文探讨了这些物理特性如何随着量子阱结构参数的变化,如量子阱宽度和AlGaN垒层中的铝含量的改变而变化。"
在半导体物理学中,量子阱是一种重要的纳米结构,用于控制和操纵电子的行为。本文关注的是由GaN(氮化镓)和AlGaN(铝镓氮)组成的闪锌矿结构量子阱。GaN以其宽带隙和高电荷载流子迁移率而在光电子器件中广泛应用,而AlGaN则因其可调节的带隙而常被用作势垒材料。
有效质量近似是一种简化方法,它允许我们将自由电子的行为视为具有有效质量的粒子,这个有效质量取决于材料的晶格结构和能带结构。在这种近似下,研究人员可以分析电子和空穴在量子阱中的行为,包括它们的结合状态(激子态)以及它们如何通过带间跃迁进行能量转移。
变分方法是解决薛定谔方程的一种数值技术,用于确定量子系统的最优解。在本文中,这种方法用于计算基态激子结合能和带间光跃迁能,这是理解量子阱光发射性质的关键。基态激子结合能是电子和空穴形成束缚态所需的能量,而带间光跃迁则是指电子从价带跃迁到导带并释放光子的过程,这种过程在LED和激光二极管等光电器件中至关重要。
根据论文的计算结果,量子阱宽度的增加会导致基态激子结合能和带间光跃迁能降低。这意味着量子阱变得更宽时,电子和空穴之间的相互作用减弱,因此结合能下降,同时光跃迁的能量也减小。另一方面,当AlGaN垒层中的铝含量增加,这两个能量都增大,这可能是因为铝的引入增强了势垒的高度,从而增强了电子和空穴的束缚,并增加了带间跃迁的能量。
这些发现对于设计和优化GaN/AlGaN量子阱为基础的半导体器件,如高效蓝光或紫外光LED和激光器,具有重要的理论指导意义。通过调整量子阱的几何尺寸和材料成分,可以精确地调控器件的性能,例如发光效率和工作波长,从而满足特定应用的需求。
2022-04-16 上传
2021-04-05 上传
2021-02-24 上传
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