1 广州番禺职业技术学院智能制造学院, 广东 番禺 511483
2 北京大学东莞光电研究院, 广东 东莞 523429
基于介电连续模型, 推导和分析了具有等边三角形截面的纤锌矿 GaN 纳米线结构中的极化 光学声子模。研究发现该纳米线结构中存在的精确受限 (EC) 声子模频率为 GaN 材料自由 z- 方向上的纵光学声子特征频 率 ωz,L, 由于受限情况不同, 这明显不同于 GaN-基量子阱中的情况。进而采用非分离变量法, 求解了该纳米线结构中EC声子模静电势的 Laplace 方程, 得到了 EC 声子模的精确解析的声子态, 并导出了系统中的极化本征矢量及其正交关系, 自由声子场 及相应的 Frohlich 电子-声子相互作用哈密顿。最后以 GaN 为例开展了数值计算, 绘 制了电子-声子耦合函数空间分析情况, 对电子-声子耦合函数的对称性、耦合强度等性 质进行了讨论, 并获得了有意义的结果。
光电子学 电－声子相互作用 极化光学声子 氮化镓纳米线 三角形截面 optoelectronics electron-phonon interaction polar optical phonon GaN nanowire triangular cross-section
Ga2O3是一种新兴的宽带隙半导体，在电力和射频电子系统中具有潜在的应用前景。前期研究以β-Ga2O3为主，并且已经对β-(AlxGa1-x)2O3/Ga2O3异质结构中的二维电子气(2DEG)进行了理论计算，本文主要研究ε-(AlxGa1-x)2O3作为势垒层对ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结电子输运性质的影响，首先介绍了ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结的结构和性质，分析计算了由于ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结的自发极化和压电极化所产生的极化面电荷密度，以及极化对2DEG浓度产生的影响，接着分析了在不同Al摩尔组分下，ε-(AlxGa1-x)2O3势垒层厚度与合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射之间的关系。最后通过计算得出结论: 界面粗糙度散射和极性光学声子散射对ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结的电子输运性质有重要影响，合金无序散射对异质结的输运性质影响较小; 2DEG浓度、合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射的电子迁移率强弱由ε-(AlxGa1-x)2O3势垒层的厚度和Al摩尔组分共同决定。
2DEG浓度 电子迁移率 ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结 合金无序散射 界面粗糙度散射 极性光学声子散射 2DEG concentration electron mobility ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3 heterojunction alloy disorder scattering interface roughness scattering polar optical phonon scattering
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室 太赫兹波研究中心, 天津 300072
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海201800
利用太赫兹时域光谱系统, 在0.5～9.5 THz范围内对氧化镁单晶基片的介电特性进行了研究, 并获得折射率、吸收系数以及复介电函数信息。实验数据表明, 在低频(< 2 THz)范围内, 氧化镁单晶透过性较好, 折射率在3.12～3.15之间。折射率和吸收系数均随频率增加而增大, 且在3.16 THz和8.11 THz两处存在明显的吸收峰。通过经典的赝简谐振动理论很好地拟合了实验结果, 分析了晶体中的横向光学声子振动模式, 为氧化镁单晶在宽带太赫兹波段的应用提供了有益参考。
氧化镁 太赫兹 复介电函数 光学声子振动 MgO terahertz complex dielectric function optical phonon resonance 红外与激光工程
2017, 46(8): 0825001
1 西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安710121
2 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件重点实验室, 陕西 西安710071
利用拉曼散射技术对N型4H-SiC单晶材料进行了30～300 K温度范围的光谱测量。 实验结果表明, 随着温度的升高, N型4H-SiC单晶材料的拉曼峰峰位向低波数方向移动, 峰宽逐渐增宽。 分析认为, 晶格振动随着温度的升高而随之加剧, 其振动恢复力会逐渐减小, 使振动频率降低； 原子相对运动会随温度的升高而加剧, 使得原子之间及晶胞之间的相互作用减弱, 致使声学模和光学模皆出现红移现象。 随着温度的升高, 峰宽逐渐增宽。 这是由于随着温度的升高声子数逐渐增加, 增加的声子进一步增加了散射概率, 从而降低了声子的平均寿命, 而声子的平均寿命与峰宽成反比, 因此随着温度的升高峰宽逐渐增宽。 声子模强度随温度升高呈现不同规律, E2(LA), E2(TA), E1(TA)和A1(LA)声子模随着温度升高强度单调增加, 而E2(TO), E1(TO)和A1(LO)声子模强度出现了先增后减的明显变化, 在138 K强度出现极大值。 分析认为造成原因是由于当温度高于138 K时, 高能量的声子分裂成多个具有更低能量的声子所致。
拉曼光谱 声学模 光学模 4H-SiC 4H-SiC Raman spectroscopy Acoustic phonon modes Optical phonon modes
针对现有理论的不足,提出了新的Ax B1-x Cy D1-y 型四元混晶中晶格振动理论模型, 利用Clausius-Mossotti公式对运动方程组加以简化,同时引入波恩-黄昆方程消除微观变量, 最终得到混晶声子频率对组分(x,y)的依赖关系。该理论模型优点在于只需知道AC、AD、BC和BD四种 二元混晶的若干参数(光学声子横模频率、纵模频率和晶体的静态介电常数和光学介电常数), 就可求 出Ax B1-x Cy D1-y 型四元半导体混晶的光学声子特性,当组分取边界值时,结果则对应三元和二元晶体。 理论结果与实验数据符合较好,对今后实验有一定指导作用。
光电子学 光学声子 混晶 组分 波恩-黄昆方程 optoelectronics optical phonon mixed crystals concentration Born-Huang equations
内蒙古师范大学 物理与电子信息学院, 内蒙古 呼和浩特010022
采用改进的Lee-Low-Pines(LLP)中间耦合方法研究纤锌矿MgxZn1-xO/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱材料中的极化子能级,给出极化子基态能量、跃迁能量(第一激发态到基态)和不同支长波光学声子对电子态能级的贡献随量子阱宽度d的变化规律。理论计算中考虑了纤锌矿MgxZn1-xO/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱材料中声子模的各向异性和介电常数、声子(类LO和类TO)频率等随空间坐标Z变化(SD)效应对极化子能量的影响。结果表明, MgxZn1-xO/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱中电子与长波光学声子相互作用对极化子能级的移动很大, 使得极化子能量明显降低。阱宽较小时, 半空间长波光学声子对极化子能量的贡献较大, 而定域长波光学声子的贡献较小; 阱宽较大时,情况则正好相反。在d的变化范围内, 电子与长波光学声子相互作用对极化子能级的移动(约67~79 meV)比AlxGa1-xAs/Al0.3Ga0.7As抛物量子阱中的相应值(约1.8~3.2 meV)大得多。因此, 讨论ZnO基量子阱中电子态问题时要考虑电子与长波光学声子的相互作用。
抛物量子阱 电子-光学声子相互作用 极化子 parabolic quantum well electron-optical phonon interaction polaron
1 华南师范大学 光电子材料与技术研究所, 广东 广州 510631
2 肇庆学院 物理系, 广东 肇庆 526061
利用拉曼散射实验方法对六方系InAlGaN晶体的光学声子进行了测量, 同时利用修正随机元素同向位移模型对其光学声子与组分的关系进行了理论模拟。结果表明InAlGaN晶体的E1与A1光学声子分支都表现为单模行为, 测量得到的InxGa0.45-xAl0.55N晶体的A1(LO)声子与计算结果一致。对InxAl0.42-xGa0.58N晶体的A1(LO)声子的计算结果与Cros的测量结果进行了对比, 两者也相符。
光学声子 拉曼散射 InAlGaN InAlGaN optical phonon Raman scattering MREI MREI
1 江西理工大学理学院, 江西 赣州 341000
2 深圳大学光电子学研究所, 广东 深圳 518060
在随机元素等位移 (MREI) 模型的基础上, 进一步改进了模型。 在计算多元混晶声子频率时, 对不同模式采用了 不同的次近邻常数, 并且推算了近邻常数与组分x呈负幂指数变化的规律, 从而不使用任何调节参数计算了几种 AB1-x Cx 混晶的声子频率对组分x的依赖关系。理论结果和实验数据两者符合较好, 对今后的实验给出了一定程度的指导。
光电子学 MREI模型 混晶 光学声子 组分 optoelectronics MREI model mixed crystals optical phonon composition
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津大学太赫兹中心, 天津 300072
2 美国俄克拉荷马州立大学 电子与计算机工程系,美国 74078
采用超快半导体光电导开关的宽带太赫兹(THz)时域频谱(TDS)系统,研究了同族的KTiOPO4(KTP)晶体与RbTiOPO4(RTP)晶体在0.5-2.0 THz波段的光学声子振荡特性。虽然这两种晶体具有相似的晶格结构特征,但它们的THz时域频谱却显示出很大的差别:一是RTP晶体对THz波的吸收比KTP晶体强得多;二是当晶体的z轴平行于THz波电场振动方向时,RTP晶体的光学声子共振吸收峰较KTP晶体的数量更多。利用多洛仑兹振子伪谐振介电模型对两种晶体的复介电常数进行拟合,得到了对应于晶格弱振动的各个光学声子的特征参数。结果表明,这些吸收峰都是晶体中沿z轴排列的K+(或Rb+)相对于PO4六面体和TiO6八面体晶格振动造成的光学外振动模。但是由于Rb的原子量大,对周边原子或基团的键力作用更强更复杂,因此形成的晶格振动模式也更加多样化。
物理光学 太赫兹时域频谱 多洛仑兹振子模型 光学声子振荡 KTiOPO4 晶体 RbTiOPO4晶体
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
2 俄克拉荷马州立大学 电子与计算机工程系,静水城 74078
采用超快半导体光电导开关的宽带太赫兹时域频谱系统，研究了 KTiOPO4 晶体在0.5～2.0THz波段的光学声子振荡特性；在晶体z轴平行于THz波电场振动方向时发现了明显的吸收峰.利用晶体中晶格振动模式（光学声子）对光谱的选择性吸收特性和多洛仑兹振子伪谐振介电模型，很好地拟合了KTP晶体的复介电常量曲线，得到了对应晶格弱振动的光学声子的频谱参量值.研究结果表明，位于ω1 /2π=1.76 THz的吸收峰是KTP晶体中沿z轴排列的K+相对于PO4和TiO6晶格振动造成的光学外振动模.同时也说明THz波对于晶格弱振动非常敏感，对于微弱的光学声子吸收峰的频谱分析更加精准.
太赫兹波 时域频谱 KTiOPO4 晶体 光电导开关 光学声子 Terahertz waves Time-domain spectroscopy KTiOPO4 crystal (KTP) Photoconductive switch Optical phonon
