Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cấu trúc điện tử của các tinh thể wurtzite GaN, AlN và InN chịu căng định hướng hai chiều
Tóm tắt
Chúng tôi trình bày các nghiên cứu từ nguyên lý đầu tiên về hiệu ứng của sự biến dạng căng định hướng hai chiều (0001) đến cấu trúc điện tử của các tinh thể wurtzite GaN, AlN và InN. Chúng tôi cung cấp các dự đoán chính xác về sự phân tách của vùng năng lượng hóa trị theo hàm biến dạng, điều này giúp thuận lợi cho việc giải thích dữ liệu từ các mẫu có biến dạng vô tình do quá trình phát triển. Các phép tính hiện tại dựa trên phương pháp pseudopotential năng lượng toàn phần trong khuôn khổ mật độ địa phương và bao gồm sự tương tác spin-orbit theo cách không nhiễu loạn. Đối với một biến dạng căng định hướng hai chiều nhất định, tất cả các tham số cấu trúc được xác định bằng cách tối thiểu hóa năng lượng toàn phần liên quan đến các mức độ tự do điện tử và ion. Các phép tính của chúng tôi dự đoán rằng trạng thái vùng năng lượng hóa trị Γ9 (Γ6) nằm ở mức cao hơn năng lượng so với các trạng thái Γ7 (Γ1) trong GaN và InN, trái ngược với tình trạng trong AlN. Trong cả ba hợp chất nitride này, chúng tôi nhận thấy rằng thứ tự của hai mức năng lượng này sẽ bị đảo ngược ở một giá trị nhất định của biến dạng căng định hướng hai chiều. Trong GaN, sự giao nhau này xảy ra ngay tại biến dạng kéo dài 0,32%. Đối với những biến dạng kéo dài lớn hơn, đỉnh của vùng năng lượng hóa trị trở nên tách biệt rõ rệt khỏi các trạng thái thấp hơn. Các phân tách do trường tinh thể và spin-orbit được tính toán trong các vật liệu không bị biến dạng cũng như các tiềm năng biến dạng được tính toán phù hợp tốt với các dữ liệu thực nghiệm có sẵn.
Từ khóa
#cấu trúc điện tử #biến dạng căng #GaN #AlN #InN #tinh thể wurtzite #tương tác spin-orbitTài liệu tham khảo
S. Strite, H. Morkoç, J. Vac. Sci. Technol. B 10, 1237–1266 (1992).
JH Edgar, (Editor), Properties of Group III Nitrides (Electronic Materials Information Service (EMIS), London, 1994).
Kwiseon Kim, Walter R. L. Lambrecht, Benjamin Segall}, Phys. Rev. B 50, 1502–1505 (1994).
J Xie, J Zi, K Zhang, Phys. Stat. Sol. B 192, 95–100 (1995).
M Nido, Jpn. J. Appl. Phys. 34, L1513–L1516 (1995).
B Gil, O Briot, RL Aulombard, Phys. Rev. B 52, R17028–17031 (1995).
D Volm, K Oettinger, T Streibl, D Kovalev, M Ben-Chorin, J Diener, BK Meyer, J Majewski, L Eckey, A Hoffman, H Amano, I Akasaki, K Hiramatsu, T Detchprohm, Phys. Rev. B 53, 16543–16550 (1996).
WE Pickett, Comp. Phys. Rep. 9, 115–198 (1989).
N Troullier, JL Martins, Phys. Rev. B 43, 1993–2006 (1991).
L Kleinman, DM Bylander, Phys. Rev. Lett. 48, 1425–1428 (1982).
MC Payne, MP Teter, DC Allan, TA Arias, JD Joannopoulos, Rev. Mod. Phys. 64, 1045–1097 (1992).
PJH Denteneer, W Van Haeringen, Sol. St. Comm. 59, 829–832 (1986).
SG Louie, S Froyen, ML Cohen, Phys. Rev. B 26, 1738–1742 (1982).
JA Majewski, in The Physics of Semiconductors, Edited by: DJ Lockwood, (World Scientific, Singapore, 1995) 711–714.
Masakatsu Suzuki, Takeshi Uenoyama, Akira Yanase, Phys. Rev. B 52, 8132–8139 (1995).
G.L. Bir, G.E. Pikus, Symmetry and strain-induced effects in Semiconductors (John Wiley Sons, New York, 1974).
SL Chuang, CS Chang, Phys. Rev. B 54, 2491–2504 (1996).
R. Dingle, D. D. Sell, S. E. Stokowski, M. Ilegems, Phys. Rev. B 4, 1211 (1971).
B. Monemar, Phys. Rev. B 10, 676 (1974).
K Pakula, A Wysmolek, KP Korona, JM Baranowski, R Stepniewski, I Grzegory, M Bockowski, J Jun, S Krukowski, M Wroblewski, S Porowski, Sol. St. Comm. {db97}, 919–922 (1996).
W Rieger, T Metzger, H Angerer, R Dimitrov, O Ambacher, M Stutzmann, Appl. Phys. Lett. 68, 970 (1996).
D. L. Camphausen, G. A. N. Connell, J. Appl. Phys. 42, 4438 (1971).
P. Perlin, I. Gorczyca, N. E. Christensen, I. Grzegory, H. Teisseyre, T. Suski, Phys. Rev. B 45, 13307–13313 (1992).
W.R.L. Lambrecht, K. Kim, S. N. Rashkeev, B. Segall, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 395, 455–466 (1996).
S.-H. Wei, A. Zunger, unpublished (1996).
H. Schulz, K. H. Thiemann, Sol. St. Comm. 23, 815 (1977).
Masaki Ueno, Minoru Yoshida, Akifumi Onodera, Osamu Shimomura, Kenichi Takemura, Phys. Rev. B 49, 14–21 (1994).