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InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究

李群 陈谦 种景

InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究

李群, 陈谦, 种景
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  • 使用变分法推导了InAlN/GaN异质结二维电子气波函数和基态能级的解析表达式,并讨论了InAlN/GaN异质结结构参数对二维电子气电学特性的影响.在假设二维电子气来源于表面态的前提下,使用了一个包含两个变分参数的尝试波函数推导电子总能量期望值,并通过寻找能量期望极小值确定变分参数.计算结果显示,二维电子气面密度随InAlN厚度的增大而增大,且理论结果与实验结果一致.二维电子气面密度增大抬高了基态能级与费米能级,并保持二者之差增大以容纳更多电子.InAlN/GaN界面处的极化强度失配随着In组分增大而减弱,二维电子气面密度随之减小,并导致基态能级与费米能级减小.所建立的模型能够解释InAlN/GaN异质结二维电子气的部分电学行为,并为电子输运与光学跃迁的研究提供了解析表达式.
      通信作者: 李群, liqun@xaut.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11647053)和陕西省教育厅科学研究计划项目(批准号:17JK0552)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-13
  • 修回日期:  2017-10-02
  • 刊出日期:  2019-01-20

InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究

  • 1. 西安理工大学自动化与信息工程学院, 西安 710048;
  • 2. 中国卫星海上测控部, 江阴 214431
  • 通信作者: 李群, liqun@xaut.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11647053)和陕西省教育厅科学研究计划项目(批准号:17JK0552)资助的课题.

摘要: 使用变分法推导了InAlN/GaN异质结二维电子气波函数和基态能级的解析表达式,并讨论了InAlN/GaN异质结结构参数对二维电子气电学特性的影响.在假设二维电子气来源于表面态的前提下,使用了一个包含两个变分参数的尝试波函数推导电子总能量期望值,并通过寻找能量期望极小值确定变分参数.计算结果显示,二维电子气面密度随InAlN厚度的增大而增大,且理论结果与实验结果一致.二维电子气面密度增大抬高了基态能级与费米能级,并保持二者之差增大以容纳更多电子.InAlN/GaN界面处的极化强度失配随着In组分增大而减弱,二维电子气面密度随之减小,并导致基态能级与费米能级减小.所建立的模型能够解释InAlN/GaN异质结二维电子气的部分电学行为,并为电子输运与光学跃迁的研究提供了解析表达式.

English Abstract

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