Xác định riêng rẽ cấu hình nhám từ dữ liệu quang học trong giếng lượng tử InGaN/GaN

Bài viết này trình bày việc xác định riêng rẽ hai kích thước đặc trưng của cấu hình nhám từ dữ liệu về độ rộng vạch phổ hấp thụ liên vùng trong giếng lượng tử InGaN/GaN. Chúng tôi sử dụng tỉ số của các độ rộng vạch phổ để tìm ra chiều dài tương quan, sau đó sử dụng dữ liệu về độ rộng vạch phổ để tìm ra biên độ nhám.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định riêng rẽ cấu hình nhám từ dữ liệu quang học trong giếng lượng tử InGaN/GaN XÁC ĐỊNH RIÊNG RẼ CẤU HÌNH NHÁM TỪ DỮ LIỆU QUANG HỌC TRONG GIẾNG LƯỢNG TỬ InGaN/GaN PHAN THỊ VÂN - NGUYỄN THỊ TRÌNH ĐINH NHƯ THẢO Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế Tóm tắt: Bài báo này trình bày việc xác định riêng rẽ hai kích thước đặc trưng của cấu hình nhám từ dữ liệu về độ rộng vạch phổ hấp thụ liên vùng trong giếng lượng tử InGaN/GaN. Chúng tôi sử dụng tỉ số của các độ rộng vạch phổ để tìm ra chiều dài tương quan, sau đó sử dụng dữ liệu về độ rộng vạch phổ để tìm ra biên độ nhám. Tỉ số của các độ rộng vạch phổ và các độ rộng vạch phổ được khảo sát như là hàm phụ thuộc vào độ rộng giếng và mật độ điện tử. Kết quả là chúng tôi đã xác định được riêng rẽ hai tham số đặc trưng của cấu hình nhám trong giếng lượng tử InGaN/GaN và sự phụ thuộc của cấu hình nhám vào thành phần vật liệu khảo sát. Từ khóa: Cấu hình nhám, độ rộng vạch phổ, hấp thụ liên vùng, giếng lượng tử, InGaN/GaN. 1 GIỚI THIỆU Như chúng ta đã biết khi hai vật liệu có hằng số mạng khác nhau ghép lại thì trong mặt phẳng (x, y) xuất hiện sự bất tương thích về hằng số mạng, hệ quả là tạo ra một ứng lực và biến dạng. Từ hiệu ứng này làm xuất hiện hai cơ chế tán xạ mới: tán xạ bởi thế biến dạng ngẫu nhiên và tán xạ bởi các điện tích áp điện phân bố ngẫu nhiên. Và đặc biệt là các nguyên tử của hai vật liệu lần lượt chiếm các vị trí ngẫu nhiên trên nút mạng nên làm cho bề mặt tiếp giáp giữa hai vật liệu bị nhám. Điều này có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất như sự vận tải chung, sự chuyển dời liên vùng quang học, độ mở rộng vạch phổ. Đây chính là nguyên nhân sâu xa ảnh hưởng đến độ linh động của các điện tử trong giếng thế. Chính vì vậy cấu hình nhám có Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Sau đại học lần thứ hai Trường Đại học Sư phạm Huế, tháng 10/2014: tr. 108-115 XÁC ĐỊNH RIÊNG RẼ CẤU HÌNH NHÁM... 109 vai trò quan trọng việc nghiên cứu các tính chất của dị cấu trúc. Cấu hình nhám thường được đặc trưng bởi hai tham số kích thước là biên độ nhám (∆) và chiều dài tương quan (Λ). Biên độ nhám là chiều cao độ nhám trung bình theo hướng lượng tử hóa. Chiều dài tương quan là kích thước của một vùng trong mặt phẳng vuông góc hướng nuôi cấy giếng lượng tử. Thông thường để xác định cấu hình nhám ta đi xác định đồng thời cả hai tham số ∆, Λ bằng cách điều chỉnh đồng thời cả hai tham số sao cho phù hợp với dữ liệu quang học. Dựa vào cách trên ta thu được một tập hợp các cấu hình nhám với (∆, Λ) khác nhau. Trong bài báo này chúng tôi xác định riêng rẽ từng giá trị của tham số đặc trưng cho cấu hình nhám trong giếng lượng tử InGaN/GaN thông qua việc khảo sát tỉ số của các độ rộng vạch phổ do độ nhám như cách tiếp cận được đề cập trong bài báo của tác giả Đoàn Nhật Quang và các cộng sự [1]. 2 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN Theo lý thuyết tổng quát về độ mở rộng vạch phổ hấp thụ bởi chuyển dời giữa các vùng con do tán xạ đàn hồi trong hệ hai chiều được xác định bởi Andon [2]. Độ rộng phổ Γ (E) được xác định bởi: 1 Γ (E) = [Γint ra (E) + Γint er (E)] , (1) 2 với Γint er (E) = Γ− int er (E) + Γ+int er (E) đặc trưng cho tán xạ giữa các vùng con và − + Γint ra (E) = Γint ra (E) + Γint ra (E) đặc trưng cho tán xạ nội vùng và có dạng sau: Zπ m∗ (∆Λ)2 2 Λ2 /4 ΓSR int ra (E) = 2 (F00 − F11 )2 dθe−q , (2) ~ 0 4m∗ với q = E (1 − cosθ) . ~2 Zπ m∗ (∆Λ)2 2 2 2 /4 ΓSR inter (E) = F01 dθe−˜q Λ , (3) ~2 0 4m∗   E10 p với q˜ = E + − E (E + E10 )cosθ . ~2 2 Trong đó: e là điện tích của điện tử, m∗ là khối lượng hiệu dụng của điện tử, E10 = E1 − E0 là độ tách mức năng lượng giữa hai vùng con, θ là góc tán xạ trong mặt phẳng. 110 PHAN THỊ VÂN VÀ CS. ∓ Trong các nghiên cứu trước [1], các thừa số dạng Fmn được xác định bởi: Fmn = Vb ψm (−L/2)ψn (−L/2), (m, n = 0, 1) (4) với L phụ thuộc vào độ rộng của giếng và Vb là độ cao hàng rào. Các hàm sóng được giải cho một giếng thế tam giác [3]: ( Aκ1/2 exp (κz/2) khi z < 0, ψ(z) = 1/2 Bk (kz + c) exp(−kz/2) khi z > 0. Do đó độ mở rộng vạch phổ có thể được định nghĩa gần đúng là: ZEF ¯= 1 γ = 2Γ Γ (E) dE. (5) EF 0 Có thể thấy rằng trong các giếng lượng tử m ...