氮化物半導(dǎo)體量子點(diǎn)光電性質(zhì)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體及其化合物發(fā)光器件的發(fā)光波長覆蓋了綠光到紫外的范圍。而量子點(diǎn)生長技術(shù)的發(fā)展，可以通過S-K模式生長出相對均勻的應(yīng)變自組織量子點(diǎn)，使量子點(diǎn)成為人們研究的另一熱點(diǎn)。Ⅲ族氮化物量子點(diǎn)的研究不但可以從基礎(chǔ)物理方面推動(dòng)類似人造原子的零維物體的研究，而且在器件應(yīng)用特別是光電子領(lǐng)域存在巨大的潛力。 半導(dǎo)體量子點(diǎn)生長技術(shù)的巨大發(fā)展推動(dòng)了對自組織量子點(diǎn)的理論研究，既可以解釋現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可以指導(dǎo)將來的發(fā)展。 本文給出了

2、系統(tǒng)的理論模型，包括應(yīng)變分布、電荷密度、有效質(zhì)量近似理論框架下的電子狀態(tài)和量子點(diǎn)電子子帶躍遷的吸收系數(shù)的計(jì)算方法。根據(jù)有限元思想設(shè)計(jì)了一種有效的數(shù)值計(jì)算方法，利用變分方法建立有限單元方程，進(jìn)而通過數(shù)值積分和線形代數(shù)相關(guān)方法求解。 研究了GaN/AlN量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布和壓電特性。根據(jù)有效質(zhì)量近似理論采用有限元方法計(jì)算了GaN/AlN量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的電子狀態(tài)和波函數(shù)，計(jì)算中考慮了自發(fā)極化和壓電極化的影響。研究了量子點(diǎn)的子帶躍遷，及其

3、受到量子點(diǎn)大小變化的影響。此方法收斂速度快，計(jì)算精度高。 研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)變導(dǎo)致的壓電極化和Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體所特有的自發(fā)極化將導(dǎo)致電荷分布的變化，使電子聚集在量子點(diǎn)頂部，空穴聚集在量子點(diǎn)底部，產(chǎn)生幾個(gè)MV/cm的內(nèi)建電場。形變勢和壓電勢改變了電子能級(jí)，而且使簡并能級(jí)分裂。在合適的范圍內(nèi)，基態(tài)向第一激發(fā)態(tài)的子帶躍遷具有很強(qiáng)的振子強(qiáng)度，并且依賴量子點(diǎn)的尺寸大小。本文的計(jì)算結(jié)果更深入的解釋了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且有助于量子點(diǎn)激光器和光電器件的設(shè)計(jì)。