三元混晶GaxIn1-xP的電子能帶結(jié)構(gòu)和有效質(zhì)量的第一性原理研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，Ⅲ-Ⅴ主族半導(dǎo)體及它們的混晶在材料物質(zhì)的研究領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位，具有重要的實(shí)際意義，這些半導(dǎo)體的技術(shù)應(yīng)用范圍是極為廣泛的。GaxIn1-xP就是其中一種重要的三元混晶材料，它的優(yōu)點(diǎn)有很多，如較低的禁帶寬度、較高的電子遷移率、較強(qiáng)的抗輻射能力以及較高的能量轉(zhuǎn)換效率等等，它在光電器件制作、光纖通信、衛(wèi)星、熱光伏發(fā)電等方面的應(yīng)用極為廣泛。伴隨著計(jì)算材料科學(xué)興起和快速發(fā)展，電子結(jié)構(gòu)的研究極其重要，它決定了材料光電特性的本質(zhì)，因

2、此，研究GaxIn1-xP混晶體系的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)成為挖掘GaxIn1-xP材料應(yīng)用的重要手段，對(duì)發(fā)展新型光電材料有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。另外，混晶的組分對(duì)其物理性質(zhì)的影響是非常重要的，為此我們應(yīng)對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)研究，進(jìn)一步改善GaxIn1-xP混晶材料的性能，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。
　　本次工作，整體框架是在密度泛函理論下，運(yùn)用了第一性原理平面波贗勢(shì)法，對(duì)三元混晶GaxIn1-xP的電子能帶結(jié)構(gòu)和有效質(zhì)量進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算過(guò)程中采用

3、的軟件是QUANTUM ESPRESSO，選用的交換關(guān)聯(lián)勢(shì)則是廣義梯度近似(GGA)。我們給出的計(jì)算結(jié)果有GaxIn1-xP體系的晶格常數(shù)、帶隙以及有效質(zhì)量隨Ga組分x的變化情況，x是從0.0到1.0變化，步長(zhǎng)是0.125，并討論了Ga組分對(duì)晶格常數(shù)和帶隙的影響，結(jié)果顯示晶格常數(shù)隨組分變化遵守Vegard定律，幾乎呈線性遞減趨勢(shì)變化。帶隙大約在x=0.7處由直接帶隙變?yōu)殚g接帶隙。有效質(zhì)量的計(jì)算是沿著Γ(000)高對(duì)稱點(diǎn)進(jìn)行的，結(jié)果顯示，

4、帶隙和有效質(zhì)量隨組分x呈非線性變化。計(jì)算所得帶隙值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，偏小些，出現(xiàn)的偏差是密度泛函理論計(jì)算所普遍存在的問(wèn)題，為此，我們基于剪刀算子法對(duì)帶隙進(jìn)行了修正，修正后所得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本符合，從而驗(yàn)證了計(jì)算方法的正確性。最后對(duì)三元混晶GaxIn1-xP體系的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，其中包括了復(fù)介電函數(shù)與吸收系數(shù)。由計(jì)算結(jié)果可知，隨著組分x的增加，體系靜態(tài)介電常數(shù)在增大，吸收帶邊出現(xiàn)了藍(lán)移現(xiàn)象，結(jié)合電子結(jié)構(gòu)，對(duì)元素Ga誘發(fā)GaxIn1-x