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

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，以GaAs為代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)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(shè)備等方面的應(yīng)用，因此備受關(guān)注。近幾年來(lái)，為優(yōu)化和擴(kuò)大半導(dǎo)體設(shè)備的應(yīng)用，可以通過(guò)改變組分使其具有廣泛性能的半導(dǎo)體三元混晶，比如AlxGa1-xAs已被廣泛應(yīng)用到像超晶格、鈉米線、量子阱、量子線、量子點(diǎn)的納米電子器件中。然而由于計(jì)算的復(fù)雜性，目前對(duì)三元混晶AlxGa1-xAs的電子帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)只有少量組分的理論計(jì)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(guò)第一性原理方法進(jìn)行了組分較全面的計(jì)算。
　　本文基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，分三部分內(nèi)容。首先計(jì)算了本征閃鋅礦半導(dǎo)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(jì)算了聲子譜，玻恩有效電荷和熱力學(xué)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(jìn)行了討論，并且進(jìn)行了公式擬合。最后，采用HSE方法對(duì)帶隙進(jìn)行

3、了修正。
　　計(jì)算結(jié)果表明，閃鋅礦GaAs是直接帶隙半導(dǎo)體;在聲子色散曲線圖中，采用LDA計(jì)算的聲子頻率值比GGA結(jié)果高，我們計(jì)算的沿高對(duì)稱點(diǎn)的聲子頻率結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(jì)算的帶隙值提高，并接近實(shí)驗(yàn)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(dǎo)帶部分移向高能處，這會(huì)