GaAs材料光電性質第一性原理研究.pdf

1、砷化鎵(GaAs)以其優(yōu)良的光電特性已經成為化合物半導體中最重要、用途最廣泛、生產量最大的化合物半導體材料。本文采用基于密度泛函理論框架下的第一性原理平面波贗勢方法，對GaAs電子結構、光學性質、體彈性模量以及應力下GaAs電子結構等性質進行了研究。主要研究內容及其結果如下：
　　 ⑴計算了閃鋅礦GaAs晶格常數(shù)、能帶結構、鍵結構、態(tài)密度和體彈性模量。計算結果證實GaAs是一種直接帶隙半導體材料，導帶底和價帶頂都位于布里淵區(qū)中心

2、G點處，但計算所的的禁帶寬度僅為0.60eV，與實驗值1.43 eV有較大偏差，文中分析了偏差過大的原因。
　　 ⑵為了深入認識GaAs的光學性質，本文計算了介質躍遷矩陣元，給出了GaAs的能量損失譜、介電函數(shù)、反射系數(shù)、吸收系數(shù)，復折射率等光學常數(shù)。利用半導體間躍遷理論和GaAs電子結構信息，對介電譜圖和反射譜圖的峰值進行了指認和判別，為實驗圖譜解析和精確監(jiān)測和控制GaAs材料的生長提供了理論依據(jù)。
　　 ⑶計算了外壓

3、調制下GaAs體系電子結構和光學性質，分析了外壓對GaAs電子結構與光學性質的影響，對GaAs帶隙隨壓力增大而展寬的現(xiàn)象進行分析。結果表明：隨著壓力的逐漸增大，Ga-As鍵長縮短，價帶與導帶分別向低能和高能方向漂移，帶內各峰發(fā)生小的劈裂，帶隙Eg明顯展寬，Ga3d電子與As4p電子雜化增強。GaAs的介電響應將向高頻段轉移，因此可以考慮通過施加外力作用達到改變GaAs電學性能的目的，改善其應用范圍，如用作nm級別的力學傳感器。為發(fā)展新型