Nghiên cứu hiệu ứng stark quang học trong chấm lượng tử inn gan

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHAN THỊ ÁI NHỊ NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG STARK QUANG HỌC TRONG CHẤM LƯỢNG TỬ InN/GaN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Thừa Thiên Huế, năm 2017 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHAN THỊ ÁI NHỊ NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG STARK QUANG HỌC TRONG CHẤM LƯỢNG TỬ InN/GaN Chuyên ngành: VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ TOÁN Mã số: 60440103 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐINH NHƯ THẢO Thừa Thiên Huế, năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Huế, tháng năm 2017 Tác giả luận văn Phan Thị Ái Nhị ii LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, xin chân thành cảm ơn quý thầy, giáo khoa Vật Lý phịng Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế tận tình giảng dạy giúp đỡ tơi q trình học tập trường Đặc biệt, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo - PGS TS Đinh Như Thảo tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình người bạn thân thiết bên cạnh động viên giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn Huế, tháng năm 2017 Tác giả luận văn Phan Thị Ái Nhị iii MỤC LỤC Trang bìa Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục Danh mục bảng biểu Danh sách cụm từ viết tắt Danh mục đồ thị, hình vẽ MỞ ĐẦU NỘI DUNG 11 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 1.1 Tổng quan chấm lượng tử bán dẫn 11 1.1.1 Khái niệm chấm lượng tử 12 1.1.2 Phương pháp chế tạo chấm lượng tử 13 1.1.3 Tính chất quang chấm lượng tử 14 1.1.4 Hàm sóng lượng điện tử chấm 1.2 1.3 lượng tử với bờ vô hạn 16 Tổng quan exiton chấm lượng tử bán dẫn 19 1.2.1 Khái niệm exciton 19 1.2.2 Exciton bán dẫn khối 22 1.2.3 Exciton chấm lượng tử bán dẫn 24 Tổng quan vật liệu bán dẫn InN/GaN 27 1.3.1 Các đặc trưng vật liệu InN 28 1.3.2 Các đặc trưng vật liệu GaN 29 1.3.3 Dị cấu trúc bán dẫn InN/GaN 32 Chương 2: HIỆU ỨNG STARK QUANG HỌC TRONG CHẤM LƯỢNG TỬ InN/GaN 34 2.1 2.2 Bài toán cặp điện tử - lỗ trống không tương tác 34 2.1.1 Hàm sóng lượng hạt 34 2.1.2 Các chuyển dời quang liên vùng 36 2.1.3 Các chuyển dời quang nội vùng 39 Hiệu ứng Stark quang học chấm lượng tử InN/GaN 40 2.2.1 Khái niệm 40 2.2.2 Yếu tố ma trận chuyển dời 41 2.2.3 Hấp thụ cặp điện tử - lỗ trống khơng có sóng bơm 2.2.4 46 Hấp thụ cặp điện tử - lỗ trống có sóng bơm 47 Chương 3: KẾT QUẢ TÍNH SỐ VÀ THẢO LUẬN 51 3.1 Tham số cách thức tính tốn 51 3.2 Kết tính số thảo luận 52 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC P.1 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 1.1 Các thông số vật liệu bán dẫn InN nhiệt độ 300 K 29 1.2 Các thông số vật liệu bán dẫn GaN nhiệt độ 300 K 31 DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Cụm từ viết tắt Nghĩa cụm từ viết tắt GaAs Gallium arsenide GaN Gallium nitride InN Indium nitride QD Chấm lượng tử QW Giếng lượng tử QWs Dây lượng tử DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ 1.1 Chấm lượng tử phát đủ màu quang phổ ánh sáng nhờ thay đổi kích thước tinh thể 12 1.2 Sơ đồ minh họa hình thành exciton bán dẫn 20 1.3 Vật liệu bán dẫn InN/GaN 27 1.4 Cấu trúc tinh thể InN 28 1.5 Tinh thể InN 29 1.6 Cấu trúc tinh thể GaN Nguyên tử Ga đại diện hình cầu lớn màu tím, ngun tử N hình cầu màu xanh dương nhỏ 30 1.7 Tinh thể GaN 30 1.8 Bề rộng khe vùng dị cấu trúc InN/GaN 32 2.1 a) Khi khơng có sóng bơm laser; b) Khi có sóng bơm laser 41 3.1 Phổ hấp thụ exciton chấm lượng tử hình cầu có bán kính R = 70 ˚ A khơng có sóng bơm cộng hưởng (đường đứt nét) có sóng bơm với ∆ω = meV (đường liền nét), độ rộng vạch Γ = 0.1 meV 3.2 Phổ hấp thụ exciton chấm lượng tử hình cầu có bán kính R = 70 ˚ A có sóng bơm cộng hưởng với ∆ω = 0.1 meV, độ rộng vạch Γ = 0.1 meV 3.3 53 Phổ hấp thụ exciton chấm lượng tử hình cầu ˚ có sóng bơm cộng hưởng với có bán kính R = 70 A ∆ω = 0.3 meV, độ rộng vạch Γ = 0.1 meV 3.4 52 54 Phổ hấp thụ exciton chấm lượng tử hình cầu có bán kính R = 70 ˚ A có sóng bơm cộng hưởng với ∆ω = meV (đường liền nét màu đỏ), ∆ω = 0.1 meV (đường đứt nét màu tím), ∆ω = 0.3 meV (đường chấm chấm màu xanh), độ rộng vạch Γ = 0.1 meV 55 3.5 Phổ hấp thụ exciton chấm lượng tử hình cầu có bán kính R = 40 ˚ A khơng có sóng bơm (đường đứt nét) có sóng sóng bơm cộng hưởng với ∆ω = meV (đường liền nét), độ rộng vạch Γ = 0.1 meV 3.6 Phổ hấp thụ exciton chấm lượng tử hình cầu có bán kính R = 40 ˚ A có sóng bơm cộng hưởng với ∆ω = 0.1 meV, độ rộng vạch Γ = 0.1 meV 3.7 56 Phổ hấp thụ exciton chấm lượng tử hình cầu có bán kính R = 40 ˚ A có sóng bơm cộng hưởng với ∆ω = 0.3 meV, độ rộng vạch Γ = 0.1 meV 3.8 56 57 Phổ hấp thụ exciton chấm lượng tử hình cầu ˚ có sóng bơm cộng hưởng với có bán kính R = 40 A ∆ω = meV (đường liền nét màu đỏ), ∆ω = 0.1 meV (đường đứt nét màu tím), ∆ω = 0.3 meV (đường chấm chấm màu xanh), độ rộng vạch Γ = 0.1 meV 57 ... dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan chấm lượng tử bán dẫn, exiton chấm lượng tử bán dẫn; - Nghiên cứu cấu trúc vật liệu InN/ GaN, chấm lượng tử InN/ GaN; - Nghiên cứu hiệu ứng Stark quang học chấm. .. chấm lượng tử InN/ GaN Phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ luận văn, nghiên cứu hiệu ứng Stark quang học chấm lượng tử InN/ GaN với giam giữ đối xứng cầu cao vô hạn Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu. .. Thảo công bố báo nghiên cứu hiệu ứng Stark quang học chấm lượng tử InGaAs/InAlAs [13] Từ lí trên, chúng tơi định chọn đề tài ? ?Nghiên cứu hiệu ứng Stark quang học chấm lượng tử InN/ GaN? ?? làm Luận