Publicación: Absorción Óptica en pozos cuánticos dobles de InGaN/AlGaN con deformación uniaxial: efectos de la estequiometría y los campos eléctricos autoinducidos
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Resumen en español
RESUMEN: En este trabajo se calcula la absorción óptica no lineal para las transiciones intersubbandas de electrones en un sistema de cuatro niveles de energía en pozos cu{anticos dobles de AlGaN/InGaN con tensión uniaxial, teniendo en cuenta el efecto de las concentraciones de aluminio y de indio en la polarización de la nanoestructura, y se estudia la modificación del tamaño de los pozos y de la barrera central. La dependencia de la estequiometría de las barreras de AlGaN y de los pozos de InGaN afecta al perfil de la banda de conducción, la masa efectiva del electrón y la constante dieléctrica estática, además de la magnitud de los campos eléctricos autoinducidos. El potencial de confinamiento de los electrones está determinado por las diferencias en las constantes de red de los materiales de las barreras y de los pozos cuánticos, y el perfil queda configurado de la siguiente manera: AlρGa1−ρN/InyGa1−yN/AlϕGa1−ϕN/InyGa1−yN/AlρGa1−ρN. Estas diferencias generan no solo brechas de energ´ıa entre los materiales, sino también campos eléctricos autoinducidos y autopolarizaciones. En este trabajo se estudian y discuten los resultados de la dependencia de la energía con la concentración de los materiales del pozo y la barrera, y también se varían las longitudes de ambos. Estos efectos afectan a los valores de las transiciones intersublime de los estados de electrones confinados y a los elementos de la matriz de dipolo. Los valores de energ´ıa y las funciones de onda se calculan dentro de la aproximación de masa efectiva en función de las coordenadas y se utiliza la técnica de elementos finitos (FEM). Debido al perfil asimétrico del potencial generado, las probabilidades electr´onicas pueden estar bien localizadas para diferentes configuraciones del ancho del pozo cuántico, el ancho de la barrera central y las concentraciones de cada material. Los cálculos de las propiedades ópticas se realizan en el marco del enfoque de la matriz de densidad compacta y el método iterativo. Sin embargo, el acoplamiento entre ambos pozos cuánticos puede manipularse modulando la deformación. Los resultados revelan una dependencia significativa de las resonancias ópticas no lineales en las concentraciones de In y Al, así como en la anchura de los pozos cu{anticos. Las resonancias de las respuestas ópticas se encuentran en el espectro entre el infrarrojo lejano y el visible.
Resumen en inglés
ABSTRACT: In this work we calculate the nonlinear optical absorption for electron intersubband transitions in a four energy level system in an uniaxial strain Al- GaN/InGaN double quantum wells, taking into account the effect of aluminum and indium concentrations on the polarization of the nanostructure, and study the modification of the well size and the central barrier. The dependence of the stoichiometry of the AlGaN barriers and InGaN wells affects the conduction band profile, the effective electron mass and the static dielectric constant, in addition to the magnitude of the self-induced electric fields. The electron confinement potential is determined by the differences in the lattice constants of the barrier and quantum well materials, and the profile is configured as follows: AlρGa1−ρN/InyGa1−yN/AlϕGa1−ϕN/InyGa1−yN/AlρGa1−ρN. These differences generate not only energy gaps between the materials, but also self-induced electric fields and self-polarizations. In this paper we study and discuss the results of the energy dependence with the concentration of the well and barrier materials, and also vary the lengths of both. Due to the asymmetric profile of the generated potential, the electronic probabilities can be well localized for different configurations of the quantum well width, central barrier width and concentrations of each material. The calculations of the optical properties are performed within the framework of the compact density matrix approach and the iterative method. However, the coupling between both quantum wells can be manipulated by modulating the strain. The results reveal a significant dependence of the nonlinear optical resonances on the In and Al concentrations as well as on the width of the quantum wells. The resonances of the optical responses lie in the spectrum between the far infrared and the visible.