氮化物半导体耦合量子阱中非线性光整流特性:压电效应与自发极化效应

摘要

考虑了由于压电与自发极化引起的强内电场效应,基于密度矩阵与久期处理方法,理论考察了纤锌矿氮化物半导体耦合量子阱体系的非线性光整流特性.根据已经成功建立的耦合量子阱的内建电场模型,精确求解了体系的电子本征态.以典型的GaN/InxGa1-xN纤锌矿氮化物耦合量子阱为例进行了数值计算,结果发现共振光整流系数达到了10-6 m/V的量级(体系的偶极矩阵元大小超过了2 nm),这比同样尺寸的单氮化物量子阱的相应值高一个数量级.而且,计算还发现光整流系数对耦合量子阱的结构与掺杂组分呈现非单调的依赖关系,这一特性被归结为体系的强内建电场与量子尺寸效应对载流子受限特性的强烈竞争.计算结果还表明,通过选择小尺寸阱宽与垒宽的耦合量子阱,适当降低掺杂组分,可在氮化物耦合量子阱中获得较强的光整流效应.