三元混晶AlχGa1χ-As的電子能帶結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、隨著半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，以GaAs為代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體由于它在制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)和可調(diào)式器件，以及光電設備等方面的應用，因此備受關(guān)注。近幾年來，為優(yōu)化和擴大半導體設備的應用，可以通過改變組分使其具有廣泛性能的半導體三元混晶，比如AlxGa1-xAs已被廣泛應用到像超晶格、鈉米線、量子阱、量子線、量子點的納米電子器件中。然而由于計算的復雜性，目前對三元混晶AlxGa1-xAs的電子帶結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)只有少量組分的理論計算，為了全面理解光

2、電特性與組分的依賴關(guān)系，在本文通過第一性原理方法進行了組分較全面的計算。
　　本文基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，分三部分內(nèi)容。首先計算了本征閃鋅礦半導體GaAs結(jié)構(gòu)的能帶、態(tài)密度、介電函數(shù)，并采用LDA和GGA近似計算了聲子譜，玻恩有效電荷和熱力學性質(zhì)。其次，為了充分理解三元混晶Alx Ga1-xAs的結(jié)構(gòu)與光電特性，品格常數(shù)、帶結(jié)構(gòu)和介電函數(shù)與組分的依賴關(guān)系也進行了討論，并且進行了公式擬合。最后，采用HSE方法對帶隙進行

3、了修正。
　　計算結(jié)果表明，閃鋅礦GaAs是直接帶隙半導體;在聲子色散曲線圖中，采用LDA計算的聲子頻率值比GGA結(jié)果高，我們計算的沿高對稱點的聲子頻率結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)和其他理論值一致。晶格參數(shù)和介電函數(shù)都隨組分變化呈線性增大，遵從維加德定律;而Γ點帶隙隨組分卻是非線性的增大，彎曲系數(shù)是b=0.56。采用HSE方法，計算的帶隙值提高，并接近實驗值。從態(tài)密度圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著Al濃度的增加，Al-3s，3p態(tài)在導帶部分移向高能處，這會