Effects of Confining the Electron in a Double Quantum Well on the Excitonic Properties of the GaSb Quantum Ring

Abstract

Ми теоретично вивчали еволюційні екситонні властивості квантового кільця GaSb, розташованого всередині подвійної квантової ями AlAs/GaAs/InGaAs/AlAs, залежно від товщин ям (GaAs та InGaAs). Квантове кільце розміщують між ямами. У цій наноструктурі II типу дірка утримується всередині квантового кільця, а електрон обмежується шарами GaAs та InGaAs. Діркові та електронні стани були обчислені з використанням ефективної маси та наближень Хартрі. Потім розраховували енергію екситону, енергію зв'язку та тривалість життя. Ми виявили, що змінюючи товщину ями можна контролювати локалізацію електронної хвильової функції. Дійсно, вона може бути вище або нижче квантового кільця в залежності від товщин шарів GaAs та InGaAs. Це має важливий вплив на перекриття електронної хвильової функції із хвильовою функцією дірки, яка обмежена квантовим кільцем. Отже, ми можемо керувати екситонними властивостями, такими як енергія, енергія зв'язку та тривалість життя, шляхом перекриття електронних та діркових хвильових функцій. Таким чином, досліджувані системи можуть бути використані в регульованих нано-оптоелектронних пристроях. Крім того, використання шару InGaAs як шару покриття квантового кільця замість шару GaAs, як у звичайному квантовому кільці, дозволяє зберегти вихідні властивості цієї наноструктури до осадження шару покриття.

We studied theoretically the evolution of excitonic properties of GaSb quantum ring located inside the AlAs/GaAs/InGaAs/AlAs double quantum well with the wells (GaAs and InGaAs) thicknesses. The quantum ring is placed between the wells. In this type II nanostructure, the hole is confined inside the quantum ring and the electron is confined in the GaAs and InGaAs layers. The hole and the electron states were computed using the effective mass and the Hartree approximations. Then, the exciton energy, binding energy and lifetime were calculated. We found that varying the thickness of the well, we can control the localization of the electron wavefunction. Indeed, it can be above or below the quantum ring depending on the thicknesses of the GaAs and InGaAs layers. This has an important influence on the overlapping of the electron wavefunction with that of the hole which rests confined inside the quantum ring. Consequently, we can manipulate the excitonic properties, like energy, binding energy and lifetime via the electron and hole wavefunctions overlap. Thus, the studied systems can be used in tunable nano-optoelectronic devices. Furthermore, the use of the InGaAs layer as a capping layer of the quantum ring, instead of the GaAs layer as in an ordinary quantum ring, allows preserving the original properties of this nanostructure before the deposition of the capping layer.