超晶格(Ge_2)_1/(GaAs)_m(110)(m=1-20)的电子能带结构研究

在紧束缚的框架下,利用重整化方法计算了超晶格(Ge_2)_1/(GaAs)_m(110)(m=1-20)的电子能带结构。计算结果表明,对不同m的超晶格(Ge_2)_1/(GaAs)_m(110) 都具有间接能隙结构,而且间接导带底的电子状态具有明显的二维特性。单层超晶格(Ge_2)_1/(GaAs)_1(110)具有非常小的间接和直接禁带宽度。当GaAs层的层数m逐渐增加时,导带的电子状态逐渐由三维特性向二维特性过渡,但是这一过渡对布里渊区内的各点,情况都各不相同。超晶格导带底的横向色散关系当m≥10以后,基本上不再随m的增加而改变。     

超晶格GaAs/(GaAl)As(100)和GaAs/Ge(100)的电子结构

本文采用经验紧束缚方法,计算了第一类半导体超晶格(GaAs)_(nl)/(Ga_xAl_(1-x)As)_(n2)(100)和(GaAs_n/(Ge)_n(100)的电子结构。对于GaAs/(GaAl)As,得到了能带边随层数(n_1,n_2)变化的关系及带边电子态的空间分布,并得出能隙随n和组分x的变化(n_1=n_2=n≤10),结果与现有实验值和其它理论计算基本相符;对于GaAs/Ge,计算了GaAs和Ge等厚时,间接能隙随层数的变化,考察了(GaAs)_5/(Ge)_5(100)的能带结构。在两种超晶格中,本文都报道了界面态的存在,讨论了超晶格的准二维性质。     

应变层超晶格(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)的电子结构

本文用LCAO-Recursion方法研究了应变层超晶格(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)(n=1)的电子结构。计算了两种应变组态(赝晶生长,Free-Standing生长)下超晶格总的态密度,各原子的局域和分波态密度。我们发现:带隙E_g、费米能级E_f和原子价随应变的变化而变化;(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)超晶格中离子键和共价键共存;电子在界面附近发生了转移。     

单原子层应变超晶格(Si)_1/(Si_(1-x)Ge_x)_1(100)的电子结构

在计入应力的紧束缚框架之下计算了单原子层应变超晶格(Si)_1/(Si_1-xGo_x)_1的电子结构.对应于不同应变条件,得出能隙随组分的变化,并结合能带边不连续的变动加以考察.超晶格取Si(或Ge)晶格常数后能隙随组分的非单调变化源自合金受相同应力后能隙的类似特点.超晶格能带及态密度均呈现类Si的闪锌矿结构对称性.在虚晶近似得出的能隙和电子状态密度的基础上,利用相干势近似作了进一步的修正.     

Znse/GaAs超晶格的电子态和芯态激子

本文用半经验紧束缚法计算了ZnSe/GaAs(001)超晶格的能带结构,研究了其能隙与有效质量随层厚的变化.计算了(ZnSe)_5/(GaAs)_5超晶格中与杂质有关的芯态激子,其结果能说明相应异质结中束缚在Ga上的激子峰.本文还提出了该材料中导带底存在界面态.     

生长在Si（001）衬底上的GexSi1—x合金的电子能带结构

采用紧束缚方法对生长在ＳＩ（００１）衬底上的ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金形变层的电子能带结构进行了计算，并与ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金的能带结构进行了比较。计算结果表明，对大部分合金组分ｘ，形变层的导带底片在△轴上；当ｘ≥０。９后，导带底处在Ｌ点。形变层直接能隙Ｅｇ及间接能隙Ｅｇ和Ｅｇ都比同组分ｘ的合金小，其下降量随组分ｘ的增大而增大。形变层的价带顶自旋－轨道分裂值△ｓｏ也比相同组分的合金大，其增大值也随合金组     

超晶格(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m(110)的电子能带结构

采用紧束缚的重整化方法计算了超晶格(Al_xGa_1 xAs)_m/(GaAs)_m(110)的电子能带结构(1≤m≤10)。讨论了电子能带结构随超晶格层厚m及合金组分x的变化情况。计算结果表明,对于不同的合金组分x,超晶格可以处在三个不同区域:A区,直接能隙结构,Ⅰ-型超晶格;B区,间接能隙结构,Ⅰ-型超晶格;C区,间接能隙结构,Ⅱ—型超晶格。     

短周期(Ge)_n(Si)_n应变超晶格电子结构的自洽赝势计算

在局域密度近似下,用第一原理自洽赝势的方法计算了短周期超晶格(Ge)_1(Si)_1和(Ge)_2(Si)_2的能带结构。结果表明(Ge)_1(Si)_1是间接带,导带最低点在布里渊区的X点。(Ge)_2(Si)_2也是间接带,导带最低点在布里渊区M点附近。给出了禁带宽度及自旋轨道分裂值,并与有关的理论和实验做了比较。     

(GaN)n/(AlN)n应变层超晶格的电子结构

以Free-Standing条件生长的超晶格原胞为计算模型,运用LCAO-Recursion方法研究了(GaN)n/(AlN)n(001)应变层超晶格的电子结构.由计算结果分析了GaN/AlN应变层超晶格中Ga,Al和N之间的成键情况及其带隙Eg随超晶格层数n的变化趋势;当超晶格中存在空位时,带隙中将形成缺陷能级.最后分析了在超晶格中引入Mg掺杂后对超晶格电子结构的影响.     

应变Si/(001)Si_(1-x)Ge_x能带结构模型

应变Si材料的能带结构是研究设计高速/高性能器件和电路的理论基础。采用结合形变势理论的K.P微扰法建立了(001)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的张应变Si的能带结构模型。结果表明:[001]、[001]方向能谷构成了张应变Si导带带边,其能量值随Ge组分的增加而变小;导带劈裂能与Ge组分成线性关系;价带三个带边能级都随Ge组分的增加而增加,而且Ge组分越高价带带边劈裂能值越大;禁带宽度随着Ge组分的增加而变小。该模型可获得量化的数据,对器件研究设计可提供有价值的参考。     

可调能隙的光电器件结构——(AlAs)_ (n_l)/(GaAs)_(m_l)渐变周期超晶格

本文提出了一种具有渐变周期的(AlAs)_(nl)/(GaAs)_(ml)(1=1,2,…)超晶格,并采用递归方法计算了这种渐变周期超晶格的电子结构.其特点是带隙E_g在空间随(n_(?),m_(?))渐变.例如,对(AlAs)_4/(GaAs)_4(AlAs)_4、/(GaAs)_5/(AlAs)_4/(GaAs)_6/(AlAs)_4/(GaAs)_7结构,带隙由短周期一端的1.93eV变到长周期一端的1.78eV.同时导、价带边得到不同的调制,因而提高了电子与空穴电离率比值,有可能应用到作光电探测材料.     

(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m(001)超晶格的能带结构与合金组分x间的关系

采用紧束缚的重整化方法研究了(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m(001)超晶格的电子能带结构与合金组分x及层厚间的变化关系。给出了临界组分x_o与层厚m间的变化关系图。并以二次函数形式给出了直接能隙和间接能隙与合金组分x间的变化关系。最后,也用Kronig—Penney模型对超晶格的电子能带结构进行了计算,并与紧束缚的计算结果进行了比较。     

复合量子阱Ge_(0.3)Si_(0.7)/(Ge_(0.3)Si_(0.7))_m-(Si)_m/Ge_(0.3)Si_(0.7)的电子能带结构

采用建立在经验赝历势基础上的推广k·P方法计算了复合量子阱Ge0.3Si0.7／（Ge0.3Si0.7）m-（Si）m／Ge0.3Si0.7的电子束缚能组及其活界面方向的色激关系,并与通常的单带模型下的包络函数方法的计算结果进行了比较。结果表明由于超晶格中子能带的形成,邻近能带间的互作用使通常单带模型下的包络函数方法不再能适用于复合量子阱的计算。计算结果也表明复合量子阱的电子束缚能级沿界面方向在kx＜0.1（2π/a）范围内基本上不随kx变化。     

应变Si(100)态密度模型

应变Si技术是当前微电子领域研究发展的热点和重点,态密度是其材料的重要物理参量。基于应变Si/(100)Si1-xGex能带结构和载流子有效质量模型,获得了导带底电子和价带顶空穴态密度有效质量,并在此基础上建立了其导带底和价带顶附近态密度模型。该模型数据量化,可为应变Si/(100)Si1-xGex材料物理的理解及其他物理参量模型的建立奠定重要的理论基础。     

第一性原理研究应变Si/(001)Si_(1-X)Ge_X能带结构

应变SiCMOS技术是当前研究发展的重点,其材料的能带结构是研究设计高速/高性能器件和电路的理论基础。基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(001)Si1-XGeX(X=0.1～0.4)的能带结构进行了研究,结果表明:应变消除了价带带边和导带带边的简并度;应变几乎没有改变电子有效质量,而沿[100]方向空穴有效质量随着Ge组份的增加而显著变小;导带劈裂能、价带劈裂能、禁带宽度与Ge组份X的拟合结果都是线性函数关系。以上结论为Si基应变MOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据。     

超薄层超晶格GaAs/AlAs(001)的电子结构

本文讨论了SU(N.M)的空间对称性和布里渊区经折叠后的特殊性质。使用分区变分法计算了超薄层超晶格(GaAs)_n/(AlAs)_n(n=1,2,3)的能带,运用四个势场调整参数所算出的能带和实验结果基本相符。结果表明,(GaAs)_1—(AlAs)_1为间接能隙半导体,禁带宽度为1.87eV,导带底位于Z_x点(1,0,0)(2π/a)。而(GaAs)_n—(AlAs)(n≥2)则为直接能隙半导体,且禁带宽度E_g随着n的增大而减小。并将计算结果和别的理论结果、实验数据作了比较和分析。     

(GaN)n/(AlN)n应变层超晶格的电子结构

以Free-Standing条件生长的超晶格原胞为计算模型，运用LCAO-Recursion方法研究了(GaN)n/(AlN)n (001)应变层超晶格的电子结构. 由计算结果分析了GaN/AlN应变层超晶格中Ga, Al和N之间的成键情况及其带隙Eg随超晶格层数n的变化趋势；当超晶格中存在空位时，带隙中将形成缺陷能级. 最后分析了在超晶格中引入Mg掺杂后对超晶格电子结构的影响.     

超晶格(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m中ГX_z态的混和

首先对(001)及(110)超晶格(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m的布里渊区折叠进行了仔细的分析。然后采用紧束缚方法计算了单层超晶格的导带沿晶体生长方向的色散关系,并讨论了FXz态的混和效应。同时也计算了(001)及(110)超晶格(AlAs)_m/(GaAs)_m的直接带隙(或赝直接带隙)随层厚m的变化情况。最后,计算了各超晶格导带底能态的静压力系数,由此确定它们是类г态还是类x态,以及它们的гXz态混和情况。     

量子阱Ge_(0.3)Si_(0.7)/Si/Ge_(0.3)Si_(0.7)在阱平面方向上的电子能带色散关系

采用经验赝势方法及界面边界条件，计算了生长在Ge0．3Si0．7（001）衬底上的导带电子量子阱Ge0．3Si0．7／Si／Ge0．3Si0．7的电子束缚能级，对它们在阶平面方向上的色散关系进行了讨论。     

四层结构模型下的InAs/GaSb超晶格材料能带计算

在包络函数近似下采用K.P理论计算了InAs/Ga(In)Sb II类超晶格材料的能带结构.同时, 计算了超晶格材料的电子有效质量和空穴有效质量, 以及不同的结构对应的吸收系数.在此基础上使用了考虑包括界面在内的四层超晶格模型进行能带计算, 并与实验结果进行比较, 超晶格材料响应截止波长的结果更为接近实验值.不同的界面也会引起能带结构的变化, 带来截止波长的变化.对于应变补偿的InAs/GaSb超晶格材料, 非对称InSb界面相比对称界面有更大的截止波长.