论文部分内容阅读
GaN基材料由于有着诸如在液晶显示器背光源、光调制器、全色显示和量子通讯等领域的广泛应用,近些年来受到了越来越多的关注。在众多影响III族氮化物材料的光学性质和电子学性质的因素之中,应力是最常见也是最重要的一种。本论文的主要工作就是研究应力对GaN和InGaN材料偏振光学性质的影响。
本论文使用基于k·p导出的有效质量的哈密顿量,计算了极性面和非极性面的GaN和InGaN最高三个价带的相对谐振子强度(ROS)和能级位置随应力的变化关系。现在此将本论文的主要工作和结果简介如下:
(1)在c-面材料中,随着压应力的增加,GaN前两个价带的能级位置是上升的,第二个带中的|X>和|Y>态的ROS也是增加的,而|Z>的ROS是下降的。特别是对于InGaN材料,随着其中In组分的增多,前两个价带的能级水平上升的更快,同时第二个带中的|X>和|Y>态的ROS随压应力增加的也更明显,|Z>分量的ROS下降的更快。这意味着随着In组分和压应力的增加,InGaN的偏振度将会上升。这可以由InGaN/GaN MQWs LEDs的偏振EL谱得到验证。
(2)对m-面GaN和InGaN的ROS的计算结果表明,在压应力较大时,他们最高三个价带分别由|X>、|Z>和|Y>态的ROS占主要地位。这就是m-面材料所出射的将近线偏振光的根源。另外,随着InGaN中In组分的增加,第一个价带中的|x>的ROS上升,|Z>的ROS下降。因而,随着In组分和压应力的增加,m-面InGaN的出射光的偏振度会持续增大。
(3)我们也对a-面GaN的ROS进行了计算。通过计算发现,与m-面的结果相似,每一个价带中的|X>和|Y>的ROS不再相等,而a-面GaN第一个价带是由|Y>态的ROS占主导地位的,其中|Z>态的ROS的相对比例很小。因而,在a-面GaN总的出射光中,y-偏振的TE模式的光会远多于z-偏振的TM模式的光。这一结果与a-面GaN外延片的偏振PL谱结果一致。
(4)对GaN和InGaN在张应力情况下的偏振性质的分析表明,与在压应力作用下时相比,张应力的作用下的GaN材料具有截然不同的偏振性质。这一性质可使受张应力的GaN材料拥有其它特殊的应用。