纤锌矿ZnO基量子阱中电子-声子相互作用和内建电场对电子态能级和结合能的影响

The special properties of the wurtzite ZnO-based quantum well luminescence and phonon transmission are studied. The uniaxial anisotropy of quantum well, electronic and multi-branches optical phonon coupling, the built-in electric field effect excited by piezoelectric polarization caused by lattice mismatch and spontaneous polarization led by asymmetrical lattice structure are considered in the research. Meanwhile, the multi-phonon transitions and the dual-module of lattice vibrations in the ternary mixed crystal that is the composition of quantum well are also considered. After the discussion and analysis of propagation properties of optical phonon in the wurtzite ZnO-based quantum well, a correct understanding of the interaction of electron - optical phonon will be got. The energy levels and the binding energy of polaron，impurity states，excited state et al in the wurtzite ZnO-based quantum well is calculated theoretically. The influences on the electronic states and the binding energy in the quantum well has some influences of the uniaxial anisotropy, electronics-optical phonon interaction, built-in electric field and the external electromagnetic field on the energy levels and the binding energy of electronic states in the quantum well is clarified. And the new theoretical results are given. The theory will be used to explain the phenomenon of the recent Raman scattering experiments, predict new phenomenon, and further promote the experimental and theoretical work. It will provide a theoretical basis for light scattering, luminescence and optical absorption and also the theoretical knowledge with reference value for the exploration of new physical phenomena and the development of new electronic devices.

针对纤锌矿ZnO基量子阱材料的发光、光吸收和声子传播的特殊性质进行理论研究，集中考虑纤锌矿ZnO基量子阱材料单轴异性、电子与多支光学声子耦合、晶格失配引起的压电极化和晶格结构非对称导致的自发极化共同激发的内建电场作用，同时还考虑多声子跃迁和构成量子阱材料的三元混晶中晶格振动的"双模性"。经过讨论和分析纤锌矿ZnO基量子阱材料中光学声子传播属性，获得对电子-光学声子相互作用的正确认识。理论计算纤锌矿ZnO基量子阱中极化子、杂质态、激子态等的能量、跃迁能量和结合能，弄清单轴异性、电子-光学声子相互作用、内建电场和外加电磁场等因素对上述量子阱中电子态能量、跃迁能量和结合能的影响，给出新的理论结果。力求用理论来解释近期喇曼散射实验现象，预言新现象，将进一步推动本领域的实验和理论工作，为光散射、发光和光吸收提供理论依据，为新物理现象的探索和新型电子器件研制提供有参考价值的理论知识。

本项目理论计算了纤锌矿ZnO基量子阱中极化子和杂质态等的能量、跃迁能量和结合能及相关问题，讨论单轴异性、电子-不同支光学声子相互作用、内建电场等因素对上述量子阱中电子态能量、跃迁能量和结合能的影响，给出新的理论结果。 具体如下：.1）对纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中不同支光学声子传播特性及其与电子相互作用进行了理论研究，给出该体系中自由极化子能量和跃迁能量，电子-不同支光学声子相互作用对能量和跃迁能量的影响随阱宽和阱深度变化的数值计算结果。在理论计算中，考虑了纤锌矿量子阱中电子与定域纵光学声子、半空间纵光学声子和界面声子的相互作用，而且还考虑了电子有效带质量、声子频率、介电常数等参数各向异性效应影响。研究表明，电子-不同支光学声子相互作用对极化子能量和跃迁能量的贡献很大，并不同支声子贡献随阱宽和阱深度变化规律完全不同。.2）研究纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中束缚极化子能量和结合能随阱宽和阱深度变化问题，给出该体系中束缚极化子能量和结合能等的数值计算结果。研究表明，电子-不同支光学声子相互作用对束缚极化子能量和结合能的影响很大，使能量和结合能明显降低。.3）讨论纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中内建电场对极化子能量、跃迁能量和电子-不同支光学声子相互作用等的影响，给出相应的计算结果。重点分析内建电场对不同支光学声子模（包括对称和反对称）的影响随阱宽如何变化等问题。同时详细对比有内建电场和没有内建电场的相应结果。研究发现，内建电场对极化子能量的影响很大，对不同支声子对能量的响明显不一样，但内建电场对声子对能量的总贡献的影响并不大。.4）研究纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子阱中内建电场对束缚极化子能量和结合能等的影响，给出相应的数值计算结果。结果表明，考虑内建电场时，束缚极化子能量和结合能均降低。不同支光学声子模（包括对称和反对称）对能量和结合能的贡献受内建电场的影响很大。. 本项目研究共完成了18篇论文，其中，SCI 5 篇，EI 3 篇，核心刊物上9 篇，省级刊物上 1 篇。