Al_xGa_1_x_N_GaN双量子阱的_省略_和掺杂浓度对子带间跃迁波长和吸

第57卷第4期2008年4月1000-3290P2008P57(04)P2386-06

物 理 学 报

ACTAPHYSICASINICA

Vol.57,No.4,April,2008

n2008Chin.Phys.Soc.

AlxGa1-xNPGaN双量子阱的结构和掺杂浓度对

*

子带间跃迁波长和吸收系数的影响

雷双瑛

1)

沈 波

2)­

张国义

2)

1)(东南大学微电子机械系统教育部重点实验室,南京 210096)2)(北京大学物理学院,介观物理国家重点实验室,北京 100871)

(2007年7月18日收到;2007年9月6日收到修改稿)

用薛定谔方程和泊松方程自洽计算的方法研究了Al0175Ga0125NPGaN对称双量子阱(DQWs)中子带间跃迁(ISBT)的波长和吸收系数对中间耦合势垒高度、中间耦合势垒宽度、势阱宽度和势垒掺杂浓度的依赖关系.研究发现,第一奇序子带S1ood与第二偶序子带S2evenISBT波长随着中间耦合势垒高度的降低而变短.当中间耦合势垒高度高于0162eV时,S1odd-S2evenISBT吸收系数随着中间耦合势垒的降低而增加.当减小AlxGa1-xNPGaN的DQWs中间耦合势垒宽度时,S1odd-S2evenISBT波长将变短,其吸收系数变大.另一方面,当对称DQWs的势阱宽度大于119nm时,S1odd-S2evenISBT波长随着势阱的变窄而减小,S1odd-S2evenISBT吸收系数随着势阱的变窄而增加.当势垒中的掺杂浓度小于1018Pcm3时,S1odd-S2evenISBT波长基本不随掺杂浓度变化,而吸收系数随掺杂浓度的增加而增加.这些结果对于利用DQWs实现工作于光纤通信波段超快的、基于三能级或四能级系统的双色光电子器件的应用具有指导意义.

关键词:自洽,AlxGa1-xNPGaN双量子阱,子带间跃迁PACC:7115P,7865K,7280E

量差,从而使得AlxGa1-xNPGaN量子阱的导带不再

11引言

是平带,这将使得AlxGa1-xNPGaN双量子阱(DQWs)中ISBT波长和吸收系数对其结构和掺杂浓度的依赖关系与GaAs基系统不同.在本文中,我们系统地研究了AlxGa1-xNPGaN的DQWs结构参数和掺杂浓度对ISBT波长和吸收系数的影响.这些参数包括DQWs中间耦合势垒的高度、中间耦合势垒的宽度、势阱的宽度和势垒掺杂浓度等.这些研究结果对于利用DQWs实现工作于光纤通信波段超快的、基于三能级或四能级系统的双色光电子器件的应用具有指导意义.

近年来,光通信技术进展迅速,为了满足超快全光学开关和调制器对材料的需求,量子阱中子带间跃迁(ISBT)引起了研究者的极大关注

[1)3]

.原因之

一是AlxGa1-xNPGaN异质结界面处具有很大的导带偏移,AlxGa1-xNPGaN量子阱中ISBT可以达到光通信波段(约为1155Lm),因此可以满足超快全光学器件对波长的要求

[4]

.第二个主要原因是GaN基材

[5,6]

料具有很大的LO声子能量(约为88meV)和很大的电子有效质量(约为012m0)

,AlxGa1-xNPGaN量

[7)9]

子阱中ISBT的弛豫时间可达到亚皮秒量级,因

此可以满足超快全光学器件对超快响应的要求.

AlxGa1-xNPGaN材料具有很强的压电极化和自发极化效应(约为10VPcm)

6

[10,11]

21理论计算

AlxGa1-xNPGaN的DQWs中ISBT的光学吸收系数主要由参与跃迁的两个子带波函数的重叠、较低

[12]

子带上的电子浓度以及洛伦兹线型决定,即

,这种强的极化效

应会造成导带沿生长方向两个不同位置之间出现能

*国家自然科学基金(批准号:60325413)、国家重点基础研究发展规划(批准号:2006CB604908)、教育部科学技术研究重大项目(批准号:705002)、北京市自然科学基金(批准号:4062017)资助的课题.Eedu.cn

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