嵌入纳米线超晶格中的耦合多物理场、势垒局域化与临界半径效应

本文的新贡献是针对具有纤锌矿结构的嵌入纳米线超晶格 (NWSLs) 的已知多物理场模型，发展了一种柱坐标表示，该表示包含柱坐标下耦合的、依赖于应变的 8 带 $\mathbf{k\cdot p}$ Hamiltonian，并研究了耦合压电-机电效应对此类 NWSLs 中势垒局域化和临界半径的影响。半导体材料的耦合压电-机电模型考虑了应变、压电效应和自发极化。基于所开发的 3D 模型，由直角坐标建模结果得到的电子（空穴）能带结构与先前在柱坐标下开发的 2D 模型得到的值吻合良好。诸如晶格失配、压电场以及 $\mathrm{Al_xGa_{1-x}N/GaN}$ 超晶格异质结处的价带和导带带阶等几个参数，可以作为 Al 摩尔分数的函数进行变化。当 $\mathrm{Al_xGa_{1-x}N/GaN}$ 异质结处的带阶非常小，且压电-机电效应的影响可以降至最低时，势垒材料就不能再被视为无限深势阱。在这种情况下，可以观察到 Bloch 波函数向势垒材料的穿透，这提供了 NWSLs 临界半径的估计。在这种情况下，NWSLs 可以充当反型层。最后，我们研究了方形和柱形 NWSLs 的对称性对导带中电子能带结构的影响。