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。     

(Si)_(2n)/(Si_(1-x)Ge_x)_(2n)(100)形变层超晶格的电子结构

本文采用经验LCAO紧束缚方法,对晶格失配的Si和Ge所形成(Si)_(?)/(Si_(1-x)Ge_x)_(?)(100)(n=1～10)形变层超晶格进行了电子结构的计算。在计入晶格常数的变化对第一近邻相互作用的影响后,给出了超晶格能隙和导带底位置随层数的变化,讨论了能带折迭和能带边不连续对Si/Ge能隙直接间接性的影响。根据形变引起的Si和Ge导带底的反转,说明了Si层中二维电子气的现象。形变后的能带,与可得到的实验和其它理论的结果比较符合。本文还计算讨论了有效质量和界面态的问题。     

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。     

(101)面生长双轴应变Si带边模型

采用结合形变势理论的k·p微扰法建立了(101)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的双轴应变Si的带边模型. 结果表明：［001］, ［001］,［100］及［100］方向能谷构成了该应变Si的导带带边,其能量值随Ge组分的增加而增加;导带劈裂能与Ge组分成正比例线性关系;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,为器件研究设计提供有价值的参考.     

(101)面生长双轴应变Si带边模型

采用结合形变势理论的k·p微扰法建立了(101)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的双轴应变Si的带边模型.结果表明:[001],[001],[100]及[100]方向能谷构成了该应变Si的导带带边,其能量值随Ge组分的增加而增加;导带劈裂能与Ge组分成正比例线性关系;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,为器件研究设计提供有价值的参考.     

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。     

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。     

应变Si/(111)Si1-xGex带边能级计算

采用结合形变势理论的k.p微扰法计算了（111）面弛豫Si1-xGex衬底生长双轴应变Si材料的带边能级。结果表明,应变Si/(111)Si1-xGex材料导带简并度与弛豫Si材料相同,价带带边简并度在应力的作用下部分消除,导带和价带带边能级均随着Ge组份（x）的增加而增加。此外,本文还给出了禁带宽度、价带劈裂能随Ge组份（x）的函数关系。以上量化结论可为Si基应变器件设计提供有价值的参考。     

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。     

半导体超晶格微结构中的多能谷效应（2）

半导体超晶格微结构中的多能谷效应（２）薛舫时（半导体超晶格国家重点实验室和南京电子器件研究所２１００１６）六、异质谷间转移电子效应和Ｘ电子发生器ＧａＡＳ是直接带隙材料，它的导带底位于布里渊区中心Γ点。而ＡｌＡｓ是间接带隙材料，导带底位于布里渊区边缘Ｘ...     

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.     

应变Si1-xGex (100)电子有效质量研究

基于结合形变势的KP理论框架,对应变Si1-xGex/(100)Si材料电子有效质量（包括导带能谷电子纵、横向有效质量,导带底电子态密度有效质量及电子电导有效质量）进行了系统的研究。结果表明：应变Si1-xGex/(100)Si材料导带能谷电子纵、横向有效质量在应力的作用下没有变化,其导带底电子态密度有效质量在Ge组份较小时随着x的增加而显著减小。此外,其沿[100]方向的电子电导有效质量随应力明显降低。以上结论可为应变Si1-xGex/(100)Si材料电学特性的研究提供重要理论依据。     

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。     

Si(001)斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长

研究了Si(001)面偏[110]方向6°斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长.实验结果表明,在Si(001)6°斜切衬底上固相外延生长Ge量子点的最佳退火温度为640℃,在斜切衬底上成岛生长的临界厚度低于在Si(001)衬底成岛生长的临界厚度,6°斜切衬底上淀积0.7nm Ge即可成岛,少于Si(001)衬底片上Ge成岛所需的淀积量.从Ge量子点的密度随固相外延温度的变化曲线,得到Ge量子点的激活能为1.9eV,远高于Si(111)面上固相外延Ge量子点的激活能0.3eV.实验亦发现,在Si(001)斜切衬底上固相外延生长的Ge量子点较Si(001)衬底上形成的量子点的热稳定性要好.     

Si(001)斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长

研究了Si(001)面偏[110]方向6°斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长.实验结果表明,在Si(001)6°斜切衬底上固相外延生长Ge量子点的最佳退火温度为640℃,在斜切衬底上成岛生长的临界厚度低于在Si(001)衬底成岛生长的临界厚度,6°斜切衬底上淀积0.7nm Ge即可成岛,少于Si(001)衬底片上Ge成岛所需的淀积量.从Ge量子点的密度随固相外延温度的变化曲线,得到Ge量子点的激活能为1.9eV,远高于Si(111)面上固相外延Ge量子点的激活能0.3eV.实验亦发现,在Si(001)斜切衬底上固相外延生长的Ge量子点较Si(001)衬底上形成的量子点的热稳定性要好.     

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。     

半导体超晶格物理与器件（20）

在半导体超晶格物理与器件的研究中,锗硅超晶格、异质结、量子阱材料与器件的研究占据着十分重要的地位.这是因为,以Si_(1-x)Ge_x/Si和Ge/Si为主的硅基低维材料具有许多显著不同于体单晶硅,而且相异于Ⅲ-V族超晶格的优异性质,如可生长大直径尺寸单晶,机械强度高、导热性能好、制备工艺成熟、价格低廉,SiGe合金中Ge的组分可调,可与现代微电子技术相兼容,布里渊区的折叠效应可使Si由间接带隙变为直接带隙等,因此在微米波段,毫米波段,超高速ECL电路,红外焦平面阵列等高速电子器件及其集成光电子器件中有着潜在的应用.     

(ZnSe)_n/(Ge_2)_n(110)超晶格的电子结构和光学性质

用线性Muffin－Tin轨道（LMTO）能带计算方法对匹配超晶格（Znse）n／（Ge2）n（n=2－5）系统进行超元胞自洽计算。在此基础上，用冻结势方法计算该超晶格系统的价带带阶（bandoff－set）；用四面体方法计算了该系统的联合态密度，由此计算了该系统的光学介电函数应部ε2（ω）。计算结果表明，该超晶格系统的价带带阶约为1．44eV。（Znse）n／（Ge）n（110）超晶格的光吸收峰结合了体材料Znse和Ge光吸收峰的特点。     

亚稳定型合金(GaAs)_(1-x)(Ge_2)_x带间跃迁能量E_1的椭圆偏振谱研究

用自动椭圆偏振谱方法研究亚稳定型合金(GaAs)_(1-x)(Ge_2)_x带间跃迁能量E_1的曲线特征,得到E_1的线性特征与E_0完全一样,呈现非抛物线特征。我们认为这是由于Ge与Ga和As原子相互作用造成Ge电荷分布的变化引起的,这一结论对闪锌矿结构和金刚石结构都是正确的。     

(111)应变对立方相Ca_2P_(0.25)Si_(0.75)能带结构及光学性质的影响

采用第一性原理贋势平面波方法对(111)应变下立方相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算,全面分析了应变对其能带结构、光学性质的影响。计算结果表明:在-8%~0%压应变范围内,随着应变的逐渐增大导带向低能方向移动,价带向高能方向移动,带隙逐渐减小,但始终为直接带隙;在0%~2%张应变范围内,随着应变的增加,带隙逐渐增大,应变为2%时直接带隙达到最大Eg=0.60441 eV;当张应变为4%时,Ca2P0.25Si0.75变为间接带隙半导体。Ca2P0.25Si0.75的介电常数和折射率随着张应变的增加而增加;施加-2%~0%压应变时,介电常数和折射率逐渐减小,到达-2%时达到最小值,此后随着压应变的增加介电常数和折射率逐渐增大。施加压应变时吸收谱和反射谱随着应变的增大而减小,施加张应变时吸收谱和反射谱随着应变的增大而增大。应变可以改变立方相Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数,是调节其光电传输性能的有效手段。