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近年来,对高压环境下的半导体材料及相关低维系统(例如量子点、量子阱和超晶格等)性质的研究已成为凝聚态物理研究的热点之一。不少作者对压力影响下半导体材料的能带结构、晶格振动及相关的物理问题进行了广泛研究,但对量子阱杂质态和激子,特别是电声子作用压力效应的研究还有待深入。 本文研究压力影响下有限深量子阱中的杂质态和激子的相关问题。在研究中,同时计入了电子(空穴)与量子阱中各类光学声子的作用。运用已有文献关于一些物理量压力系数的结果,在各向同性有效质量近似下,采用变分法计算了压力影响下杂质态和激子的结合能。以GaAs/AlxGa1-xAs和GaN/AlxGa1-xN量子阱为例,数值计算了杂质态和激子的结合能随压力、阱宽和混晶组分(势垒高度)变化的性质。 研究结果表明,随外加压力的增大,杂质态和激子的结合能明显增大。在我们计算的压力范围内,GaAs/AlxGa1-xAs量子阱杂质态的结合能增大可达35%左右,激子结合能增大可达31%左右;对于GaN/AlxGa1-xN量子阱相应的增加值相对较小,但不可忽略。 对结合能随阱宽变化行为的研究指出,杂质态和激子结合能随阱宽的变化趋势相似,即随阱宽的增加先急剧增大,达到极大值后,又缓慢减小,最后较平缓地趋于阱材料中的里德堡能量值。结合能的压力效应随阱宽的增加,也是先增大然后减小,极大值的位置与结合能随阱宽变化的极大值位置相近。 本文计算的两种系统均为以三元混晶材料为势垒的量子阱,混晶的铝组分决定势垒的高度。关于结合能随三元混晶铝组分(势垒高度)变化趋势的计算结果表明,在计算的组分0≤x≤0.45范围内,结合能随铝组分单调非线性地增加。 对杂质中心位置对结合能影响的研究指出,随着杂质中心位置从阱中心到阱边的变化,结合能先增大然后减小,在量子阱的中心的位置达到最大,并关于量子阱中心对称。 同时计入量子阱结构中的三类光学声子模(局域类体光学声子、半空间类体光学声子和界面光学声子模)的作用,计算GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中的激子结合能和激子—声子相互作用的压力效应的结果表明,激子的极化子效应不可忽略。考虑声子作用后,激子结合能仍随压力的增大而增加,但增加的幅度明显减弱,激子—声子作用屏蔽了电子与空穴的库仑作用。激子与局域体光学声子、半空间体光学声子和界面光学声子的相互作用能量均随压力增加而增大。在不同的阱宽范围内,三种声子的作用不同:阱宽小时,半空间体声子贡献较大;阱宽大时,局域体声子的贡献更重要;在中间阱宽时,界面声子起主要作用。