氮化物半导体电子—声子相互作用对表面电子态的影响及压力效应

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本文主要研究了电子—声子相互作用及压力对纤锌矿结构氮化物半导体表面电子态的影响。计入电子与表面光学声子相互作用,采用变分法讨论了半无限氮化物半导体表面电子态问题。利用类LLP中间耦合理论导出了系统的有效哈密顿量,获得了表面电子态能级随表面势垒V0的变化关系。对纤锌矿结构的GaN,AlN和InN进行了数值计算,给出了表面电子态能级、电子与表面光学声子相互作用能量和表面态波函数平均穿透深度d随表面势垒V0的变化关系,并讨论了与闪锌矿结构的区别。结果表明,表面电子态能级随V0的增大而线性单调增加。很明显,电子与表面光学声子相互作用降低电子的表面态能级,而电子与表面光学声子相互作用能量随表面势垒变化非常小。材料的禁带宽度越大表面电子态能级的移动就越明显。纤锌矿氮化物材料中,表面电子态能级比闪锌矿的低几百meV。利用线性插值法计算了AlxGa1-xN,AlxIn1-xN和InxGa1-xN表面电子态能级随组分x的变化关系。结果显示,表面电子态随组分x的增加而降低。进而,考虑压力对材料的晶格常数、介电常数、体纵(横)光学声子模能量、各向异性电子带质量以及禁带宽度的影响,讨论了压力下GaN,AlN及InN中电子与表面光学声子相互作用对表面电子态的影响。压力将增大由电子—声子相互作用引起的表面电子态能级的移动,而且电子与表面光学声子相互作用能量随压力的变化很明显。指出电子与声子相互作用及压力对表面电子态的影响不应被忽略,尤其具有强电子—声子耦合和宽禁带的半导体材料。
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