Electron- and hole-phonon interaction in quantum dot embedded into semiconductor medium (GaAs/AlxGa₁₋xAs)

Abstract

The analytical and numerical calculations of electron and hole spectra renormalised by L- and I-phonons taking into account the configurational interaction are performed for the QD embedded into semiconductor medium exemplified by GaAs/AlxGa₁₋xAs nanoheterosystems. It is established that for the nanosize QDs the shifts of electron and hole ground levels are created by the interaction of these quasiparticles with Land I-phonons due to all the states of discrete and continuous spectrum. For the small QDs, the shifts of ground energy levels have strong nonlinear dependences while for the big QDs, they almost do not depend on QD radius and have the magnitude close to the shifts of ground levels in massive crystal creating QD. Due to the different effective masses of light and heavy holes, the splittings of their ground levels are the complicated functions on QD radius and Al concentration in AlxGa₁₋xAs medium.У роботі виконано аналітичний і чисельний розрахунки перенормування L- та I-фононами електронного та діркового спектрів з повним врахуванням конфігураційної взаємодії у квантовій точці, що вміщена в напівпровідникове середовище. Конкретний розрахунок виконано для гетеросистеми GaAs/AlxGa₁₋xAs. Установлено, що зсуви основних рівнів електрона та дірки формуються взаємодією цих квазічастинок як з L-, так і з I-фононами за участю всіх станів дискретного та неперервного спектрів. При малих розмірах КТ зсуви основних енергетичних рівнів квазічастинок мають сильно нелінійну залежність, а при великих радіусах КТ вони практично не залежать від розміру КТ та близькі за величиною до зсувів основних рівнів у масивному кристалі, з якого утворена КТ. Через різницю ефективних мас важкої та легкої дірок розщеплення їх основних рівнів має складну залежність від радіуса КТ та концентрації Al (x) у середовищі AlxGa₁₋xAs.