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在有效质量近似下,用变分法研究了束缚在AlxGa1-xN/GaN/AlxGa1-xN/GaN/AlxGa1-xN圆柱型应变耦合量子点中的激子态以及GaN/AlxGa1-xN耦合量子点的光学性质。文章首先综述了量子点的发展概况,简要介绍了量子点的基本效应、制备方法和发光特性。其次总结了Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料的性质,并且从结构出发分析了Ⅲ-Ⅴ族氮化物和传统的半导体相比所具有的优势。然后详细介绍了计算的理论模型。最后给出我们计算的详细结果,并在文章中详细分析了它们的物理原因。
本文在第一章介绍了和半导体量子点相关的研究进展。第二章我们概括介绍了Ⅲ-Ⅴ族元素氮化物半导体的性质。在第三章中,我们介绍了解决纤锌矿结构AlxGa1-xN/GaN/AlxGa1-xN/GaN/AlxGa1-xN圆柱型耦合量子点中的激子态的理论模型,其中首先研究了对称AlxGa1-xN/GaN/AlxGa1-xN/GaN/AlxGa1-xN应变耦合量子阱中的内建电场。在有效质量近似下,利用变分法,研究了束缚于对称AlxGa1-xN/GaN/AlxGa1-xN/GaN/AlxGa1-xN应变耦合量子点中的激子态。考虑到量子点对电子和空穴的三维空间受限以及由自发和压电极化所引起的内建电场效应我们研究了激子结合能、量子点的跃迁能和电子-空穴之间的复合率与量子点结构参数和两个耦合量子点之间的势垒层厚度LAlGaN之间的关系。第四章给出了我们的计算结果,首先我们选择不同的试探波函数计算了InxGa1-xN/GaN量子点中的激子态,和其他人的理论计算结果相比更加精确,并且和实验结果符合的非常好。这一事实说明在文章中我们选定的试探波函数更适合描述量子点中的激子态。计算结果表明:由于自发和压电极化引起的内建电场非常强,大约几个MV/cm数量级,此内建电场将导致电子和空穴分别被束缚在不同的量子点内;随着GaN/AlxGa1-xN量子点高度LGaN或势垒层厚度LAlGaN的增加,激子结合能和电子-空穴之间的复合率明显地减小;当两个量子点中间的势垒层厚度LAlGaN增加时,量子点的跃迁能将会降低。我们的理论计算结果和实验符合的很好。最后在第五章,给出了我们计算的主要结论。