GaN基纳米量子结构的掺杂与电声相互作用性质的研究

Impurities and defects is a common problem in the growth of nanomaterials, especial for GaN-based nano quantum structure. So theunder-standing of impurities and defects in GaN-based nano quantum structure is one of pressing need for semiconductor materials and device applications. The project mainly study impurities and defects and electron-phonon interactions in the GaN-based nano quantum structure, develop the theoretical model and calculation method, and reveal new physics, new effects of doping and defects in semiconductor quantum structures and their potential applications. The main contents are: (1) Study the doping (Mn, Mg),defects and optical phonons and optical properties in the GaN-based nanomaterials. (2) Study the influence of doping and defects on the optical phonons in GaN based nano quantum structures (quantum dots, quantum wires, quantum wells and superlattices, etc.), electron-phonon interactions and electron-phonon scattering, etc., seeking the general laws of the doping and defects effects on electron-phonon interactions. (3) On the basis of the previous two studies, study doping, defect effects on optical properties of GaN based nano quantum structures, and provides theoretical support to use the doping, defect effects to design new quantum devices and improved optical properites.scattering, etc., seeking the general laws of the doping and defects effects on electron-phonon interactions. (3) On the basis of the previous two studies, study doping, defect effects on optical properties of GaN based nano quantum structures, and provides theoretical support to use the doping, defect effects to design new quantum devices and improved optical properites.

杂质与缺陷是生长纳米材料普遍存在的一个问题，在GaN基纳米量子结构中表现尤其突出， 认识纳米量子结构中掺杂与缺陷效应是加快GaN半导体材料与器件应用的关键之一。 该课题主要研究GaN基半导体纳米量子结构中的Al、Mg、 Mn等掺杂对电声相互作用性质影响，发展了相应的理论模型与计算方法，揭示了半导体量子结构中掺杂与缺陷所带来的新物理现象、新效应及其潜在的应用。其主要研究内容有：(1) 研究GaN基纳米材料中的Al、Mg 、Mn等掺杂对光学声子及其电声相互作用的的影响。(2) 研究掺杂与缺陷对GaN基纳米量子结构（量子点、量子线、量子阱和超晶格等）中的光学声子、电声相互作用和电声散射等的影响，寻求掺杂与缺陷对电声相互作用影响的一般规律。 (3) 在前面的两个的研究基础之上,研究GaN基纳米量子结构的掺杂与缺陷对其光学特性的影响，为利用GaN基纳米量子结构的掺杂与缺陷设计新型量子器件提供理论支持。

GaN基纳米材料及其量子结构的应用潜力激发了人们对其进行理论和实验的研究兴趣。GaN的掺杂与混晶表现出很多不同于二元化合物的性质，并且这些化合物的性质还可通过调节掺杂、混晶的组份在很大范围变化。GaN基量子结构的掺杂与混晶效应能显著影响半导体光电子器件的各种性能，对GaN基纳米材料及其量子结构的掺杂和混晶效应的研究具有较为重要的意义。. 本项目主要研究以下内容： (1) GaN及其合金纳米材料中掺杂、混晶及其组分变化对光学声子的频率、电声耦合强度的影响。(2) GaN基纳米量子结构中各类极性光学声子特性。探讨掺杂与混晶效应及其组分变化对各种类光学声子势、光学声子频率及其电声相互作用的影响。 (3) 在此基础之上，探索通过对掺杂、混晶及其组分变化的控制、异质结构的设计以及界面性质的来提高光电子器件的光学性能。为掺杂与缺陷效应在改进的新型量子器件的光学性能方面提供一定的理论参考。. 通过本项目的研究，主要有以下重要科学发现：(1)提出了将介电连续模型和无规元素等位移模型结合起来研究GaN基量子结构中的光学声子及其电声相互作用的新方法,能很好地描述混晶效应对GaN基量子结构中声子的影响，完善了相关声子理论（2）在GaN/AlGaN量子阱中的界面光学声子的频率和电声耦合强度随Al组份的增加而增加。但在在低频区，电声耦合强度的非线性效应表现比较明显。(3)在GaN/AlGaN单量子点和耦合量子点中，界面光学声子的支数满足2n-3法则；发现界面光学声子的频率与Al组分在高频区表现为线性增加关系，在低频区表现为非线性关系。耦合量子点中的电声耦合强度在低频区表现为非线性效应，单量子点在两个频率区域都存在非线性效应。. 我们的研究结果对进一步研究量子结构的声子效应，极化子效应具有较为重要的意义。为掺杂与混晶效应在改进的新型量子器件的光学性能方面提供一定的理论参考。