三元混晶AlxGa1-xSb的第一性原理研究.pdf

1、相比砷化鎵半導(dǎo)體材料，銻化鎵具有熔點(diǎn)低、電子遷移率高、光電轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)，且GaSb的閃鋅礦型晶格與其他Ⅲ-Ⅴ族三元混晶的晶格相匹配，尤其是通過摻Al形成的三元混晶AlxGa1-xSb材料，可以通過調(diào)節(jié)Al組分改變帶隙的寬度，制作出人們需要的光電器件。為了深入地了解三元混晶AlxGa1-xSb的性質(zhì)，我們采用基于密度泛函理論之上的第一性原理平面波超軟贗勢方法，研究了閃鋅礦結(jié)構(gòu)GaSb、AlSb、InSb和三元混晶AlxGa1-xSb(0

2、≤x≤1)的相關(guān)性質(zhì)。
　　結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的GaSb、AlSb和InSb都是直接帶隙半導(dǎo)體，其能帶結(jié)構(gòu)都是分為下、中、上價(jià)帶和導(dǎo)帶四部分;我們還計(jì)算了這些材料的復(fù)介電函數(shù)、復(fù)折射率、反射光譜和損失譜，以及定容比熱、熵、焓、自由能等熱力學(xué)函數(shù)在溫度為0-1000K范圍內(nèi)的變化情況，發(fā)現(xiàn)定容比熱隨溫度的變化規(guī)律遵循杜隆-珀替定律。
　　進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，我們研究了三元混晶AlxGa1-xSb材料的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)

3、。通過對(duì)不同Al組分下AlxGa1-xSb的總能量與形成能的計(jì)算，得到了AlxGa1-xSb的晶格常數(shù)，并與實(shí)驗(yàn)值就行了對(duì)比。隨后我們研究了AlxGa1-xSb在不同Al組分情況下的電子結(jié)構(gòu)，給出了帶隙、能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。計(jì)算結(jié)果表明，AlxGa1-xSb的帶隙隨Al組分的增加而增大;能帶結(jié)構(gòu)由下、中、上價(jià)帶和導(dǎo)帶四部分構(gòu)成，但是結(jié)合各電子的態(tài)密度可知，Al-3p13s2電子態(tài)的強(qiáng)度逐漸增加，Ga-3d104s24p1電子態(tài)強(qiáng)度逐漸地減