【摘要】：纖鋅礦氮化物核殼結(jié)構(gòu)納米線(CSNW)是下一代晶體管、紫外發(fā)光和探測器等光電器件的重要候選材料。纖鋅礦GaN/AlGaN CSNW多為三棱柱和六棱柱結(jié)構(gòu),其中三棱柱結(jié)構(gòu)中沿[0001]方向存在由強(qiáng)壓電和自發(fā)極化效應(yīng)導(dǎo)致的強(qiáng)內(nèi)建電場。本文首先驗(yàn)證基于有效質(zhì)量近似的有限元差分法求解棱柱型CSNW本征能級和本征態(tài)的可行性。結(jié)果顯示,數(shù)值方法解得的GaN矩形截面CSNW中的電子態(tài)的與解析解在誤差允許范圍符合很好。然后,采用三角形差分網(wǎng)格,將該有限元差分法推廣到三棱柱和六棱柱GaN/Al_(1-x)Ga_xN CSNW電子態(tài)的求解,并進(jìn)一步討論三棱柱CSNW中內(nèi)建電場對電子態(tài)的影響。結(jié)果顯示:1.無內(nèi)建電場時,三棱柱GaN納米線與三棱柱GaN/Al_(1-x)Ga_xN CSNW中電子的基態(tài)、第一激發(fā)態(tài)的波函數(shù)具有與體系相同的幾何對稱性,且第一激發(fā)態(tài)具有兩個簡并態(tài)。2.計入內(nèi)建電場后,CSNW中沿電場方向電勢降落,電子的電勢能升高,電子的基態(tài)能級降低且能級間距增大;同時,電子的波包沿電場反方向移動,且量子束縛效應(yīng)增強(qiáng),使得基態(tài)波函數(shù)峰值增大。內(nèi)建電場使體系勢場的對稱性破壞,使電子第一激發(fā)態(tài)的能級簡并消除。3.有或無內(nèi)建電場時,等比例增大核殼厚度或單獨(dú)增加殼層厚度,或增大Al_(1-x)Ga_xN殼層的Al組分,均使電子的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)能級減小且波函數(shù)峰值降低,同時能級差減小。在獲得體系的電子態(tài)后,基于費(fèi)米黃金法則,進(jìn)一步分析三棱柱CSNW中的電子子帶間躍遷光吸收性質(zhì)及其尺寸與三元混晶效應(yīng)。主要結(jié)論如下:4.在無內(nèi)建電場和有內(nèi)建電場兩種情況下,單獨(dú)增大殼層厚度,或使核殼厚度等比例增大時,電子躍遷矩陣元和能級間距均減小,最終使得電子由基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)的一階線性光吸收系數(shù)、三階非線性光吸收系數(shù)絕對值和總光吸收系數(shù)均減小,同時光吸收波峰發(fā)生紅移。5.當(dāng)無內(nèi)建電場時,固定體系尺寸,增大Al組分,電子躍遷矩陣元和能級間距減小,光吸收波峰發(fā)生紅移;電子由基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)的一階線性光吸收系數(shù)、三階非線性光吸收系數(shù)絕對值減和總光吸收系數(shù)均減小。6.有內(nèi)建電場時,固定體系尺寸,增大Al組分時,光吸收波峰紅移,但電子躍遷矩陣元增大,電子從基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)的一階線性光吸收系數(shù)、三階非線性光吸收系數(shù)的絕對值和總的光吸收系數(shù)增大。期待本文結(jié)論有助于纖鋅礦氮化物CSNW光電器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN304
【圖文】：

矩形截面的納米線示意圖

圖 2.3 三棱柱型 GaN/AlGaN CSNW 的截面示意2.3 The cross section of a triangular GaN/AlGaN C0, (x, y)∈S1x

圖 2.4 三角形差分網(wǎng)格示意圖Fig. 2.4 Schematic diagram of triangular difference gri+1, j+1)，C(k-2, j), D(k, j), E(k+2, j), F(k-1, j-1

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本文編號：2757242