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外电场下应变量子阱中电子和空穴的本征态 作者姓名：郭海峰 论文题目：外电场下应变量子阱中电子和空穴的本征态 作者简介：郭海峰，男，1975年10月出生，2008年9月师从于内蒙古工业大学哈斯花副教授，于2011年7月获硕士学位。 中 文 摘 要 近些年，在光电子器件商业应用背景的强烈驱动下，有关氮化物异质结构物性的研究倍受人们的关注。AlGaN/GaN体系作为典型的GaN基异质结构，在发光二极管、激光二极管等光电器件领域具有极为重要的应用价值，成为继传统III-V族AlGaAs/GaAs异质结构之后的又一研究热点。与传统AlGaAs/GaAs异质结构相比， AlGaN/GaN纤锌矿半导体结构的非对称性和晶格失配易引起自发极化和压电极化，从而产生强内建电场。此外，在异质结界面附近聚积大量电子和空穴气体形成屏蔽场。在此物理背景下，本论文运用迭代算法自洽求解薛定谔方程和泊松方程，考虑内建电场、电子-空穴气引起的屏蔽电势、以及外加电场，研究纤锌矿AlGaN/GaN量子阱中电子和空穴的本征态，详细讨论内建电场、Hartree势、外加电场以及量子阱结构（如阱宽、组分）变化对电子（空穴）本征能量、本征波函数以及电子带间跃迁波长的综合影响。我们的主要研究内容和取得的主要研究结果如下: (1)研究应变对AlxGa1-xN/GaN量子阱结构、载流子分布、电子（空穴）基态能及跃迁波长的影响。结果表明，自发和压电极化产生的极化电场使GaN/AlxGa1-xN量子阱结构倾斜而形成三角势阱，导致电子和空穴分别向不同侧的界面聚积而相互分离，发光效率随之降低。电子（空穴）基态能随阱宽的增大而减小，跃迁波长发生红移。随着内建电场增大或阱宽的增加，红移效应增强。 (2)考虑自由电子-空穴气的屏蔽效应计算有限深AlxGa1-xN/GaN量子阱中电子和空穴的本征方程，得到电子和空穴的基态、第一激发态和第二激发态波函数和本征能级。与无屏蔽势相比较，结果表明电子-空穴气屏蔽使波函数向势垒区隧穿的几率减小，波峰（波谷）向势阱中心区移动的同时，波峰和波谷几率幅的差距也有所减小。再者，屏蔽明显降低能级和能级间距，且电子-空穴气面密度越大屏蔽效应越强。 (3) 进一步讨论外电场下量子阱中电子（空穴）的本征能量和本征函数。计算结果表明内建电场将受到外加电场的抑制，导致纤锌矿GaN/AlxGa1-xN应变量子阱结构倾斜程度降低。同时，考虑电子和空穴气对内建电场的屏蔽作用，使得电子（空穴）波函数向阱中心方向略有移动，隧穿效应减弱。由于外电场、屏蔽势、内建电场及量子限制作用之综合影响，电子（空穴）基态能随阱宽的增加而减小，随Al组分和电场的增加而增加。 关键词：应变量子阱；内建电场；自由电子-空穴气屏蔽；外电场 Eigen-states of Electron and Hole in Strained Quantum Well under External Electric Field Guo Haifeng Ha Sihua ABSTRACT In recent years, group III nitride heterostructures have been attracted significant attention impelled by their commercial applications of electronic and optical devices. AlGaN/GaN system, as a typical GaN-based heterostructure, plays an important role in the electronic and optical device application such as light emitting diodes, laser diodes and so on. Thus, it becomes another topic of investigation after the traditional AlGaAs/GaAs heterostructure. Compared to the traditional AlGaAs/GaAs heterostructures, there exists a strong built-in electric field (BEF) which is caused by the piezoelectric polarization (induced by lower- symmetry of wurtzite structure) and the spontaneous polarization (produced by lattice mismatch