第一原理研究界面弛豫对InAs/GaSb超晶格界面结构、能带结构和光学性质的影响

通过广义梯度近似的第一原理全电子相对论计算,研究了不同界面类型InAs/GaSb超晶格的界面结构、电子和光吸收特性.由于四原子界面的复杂性和低对称性,通过对InAs/GaSb超晶格进行电子总能量和应力最小化来确定弛豫界面的结构参数.计算了InSb,GaAs型界面和非特殊界面(二者交替)超晶格的能带结构和光吸收谱,考察了超晶格界面层原子发生弛豫的影响.为了证实能带结构的计算结果,用局域密度近似和Hartree-Fock泛函的平面波方法进行了计算.对不同界面类型InAs/GaSb超晶格的能带结构计算结果进行了比较,发现界面Sb原子的化学键和离子性对InAs/GaSb超晶格的界面结构、能带结构和光学特性起着至关重要的作用.

(InAs)1/(GaSb)1超品格纳线第一原理研究

半导体纳米线作为纳米器件的作用区和连接部分具有理想的形状,把电子运动和原子周期性限制在一维结构当中.通过体材料的已知特性,有效地选择材料组分使纳米线的低维结构优点更加突出.此外,还可以通过其他方式来调整纳米线特性,如控制纳米线直径、晶体学生长方向、结构相、表面晶体学晶面和饱和度等内部或固有的特性;施加电场、磁场、热场和力场等外部影响.体材料InAs和GaSb的晶格常数非常相近,因此InAs/GaSb异质结构晶格失配很小,可生长成为优良的红外光电子材料.另外,体材料InAs在二元Ⅲ—Ⅴ化合物半导体中具有最低的有效质量,这使得电子限制在InAs层的InAs/GaSb超晶格具有良好的输运特性.本文通过第一原理计算研究轴线沿[001]和[111]闪锌矿晶体学方向的(InAs)_1/(GaSb)_1超晶格纳米线(下标表示分子或双原子单层的数量)的结构、电子和力学特性,以及它们随纳米线直径(线径约为0.5—2.0 nm)的变化规律.另外,分析了外部施加的应力对电子特性的影响,考察了不同线径(InAs)_1/(GaSb)_1超晶格纳米线的电子带边能级随轴向应变的变化,从而确定超晶格电子能带的带边变形势.

(InAs)1/(GaSb)1超晶格原子链的第一原理研究

利用第一原理平面波赝势法,对(InAs)_1/(GaSb)_1超晶格原子链的原子结构、力学特性、电子能带结构、声子结构和光学特性进行研究,并结合密度泛函理论数值原子轨道赝势法和非平衡格林函数法计算量子输运特性.与二维层结构的(InAs)_1/(GaSb)_1超晶格相比,(InAs)_1/(GaSb)_1超晶格原子链的能带结构有明显不同,在某些情况下表现为金属能带特性.对理想条件下(InAs)_1/(GaSb)_1超晶格原子链的力学强度计算表明,该结构可承受的应变高达ε=0.19.通过对声子结构的完整布里渊区分析,研究了(InAs)_1/(GaSb)_1超晶格原子链的结构稳定性.对两端接触电极为Al纳米线的InAs/GaSb超晶格原子链的电子输运特性计算表明,电导随链长和应变的改变而发生非单调变化.光吸收谱的计算结果表现出在红外波段具有陡峭吸收边,截止波长随超晶格原子链的结构而变化.预计InAs/GaSb超晶格原子链可应用于红外光电子纳米器件,通过改变超晶格原子链的结构来调节光电响应波段.