Розрахунок електронної зонної структури бінарних сполук методом модельного псевдопотенціалу та дослідження впливу на неї деформацій і температури. Моделювання твердих розчинів заміщення і дослідження впливу структурної релаксації на електронний спектр.
Аннотация к работе
На даний час уже знайшли комерційне застосування прилади на основі нітридів ІІІ групи: світловипромінюючі діоди та лазери блакитно-ультрафіолетового діапазону, яскраві білі світлодіоди, фотодетектори, „сліпі” до сонця ультрафіолетові сенсори, структури оптичної накачки, польові транзистори, гетероструктурні біполярні транзистори, тунельні діоди та інші. Використовуючи тверді розчини нітридів ІІІ групи, можна отримати матеріал з шириною забороненої зони від 0.7 ЕВ до 6.2 ЕВ, таким чином перекриваючи діапазон від ІЧ до УФ. Проте композиційні залежності ширини забороненої зони твердих розчинів нітридів ІІІ групи проявляють значну нелінійність. Усе це свідчить про те, що дослідження процесів перебудови електронних спектрів, оптичних властивостей та хімічного звязку твердих розчинів на основі нітридів третьої групи (GAN, ALN, INN) актуальне як з практичної, так і з теоретичної точки зору. Автором розроблено методику врахування неузгодженості сталих ґратки складових сполук твердих розчинів, а також плівки та підкладки, досліджено електронну зонну структуру, хімічний звязок та оптичні властивості обємних і плівкових напівпровідникових твердих розчинів заміщення Ga1-XALXN, Ga1-XINXN, Al1-XINXN.У вступі обґрунтовано напрям досліджень та його актуальність, сформульовані мета та задачі, обєкт і предмет дослідження, наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, подано інформацію про апробацію роботи, публікації автора.Для дослідження впливу деформацій на властивості досліджуваних матеріалів обрана функціональна форма атомних формфакторів v, що залежить від локальної деформації e: , (1) де аі - параметри псевдопотенціалу, G - вектори оберненої ґратки, Tr(e) - шпур тензора деформацій e. Правильне врахування залежності електронного спектра від деформації ґратки дозволяє отримати незначний прогин (рис.2, штрихові криві), повязаний з відмінністю сталих ґратки складових сполук твердого розчину, яка рівна 2.5% між GAN та ALN, 10% між GAN та INN і 13% між ALN та INN. Експерименти з дифракції рентгенівських променів показали, що атоми в твердому розчині зсуваються з ідеальних положень, заданих правилом Вегарда, так що довжини звязків залишаються якомога ближчими до відповідних значень у чистих сполуках (структурна релаксація) (рис. У дипольному наближенні уявну частину діелектричної проникності можна представити як інтеграл по поверхні сталої енергії Eij=E: , (5) де - градієнт різниці енергій між зонами i та j в оберненому просторі, Mij(k) - дипольний матричний елемент, який визначає ймовірність заданого міжзонного переходу в залежності від поляризації електромагнітної хвилі. В пік А основний вклад дають переходи Г5V-Г3С, в пік Е1 - переходи U4V-U3C, в пік Е2 - переходи L1,3,2,4V-L1,3C та M4V-M3C, в пік Е3 - переходи M2V-M1C та U2V-U1C, в пік Е4 - переходи L1,3,2,4V-L1,3C та A5,6V-A5,6C (нумерація незвідних представлень згідно з рис.
2*. Martins J.L., Zunger A. Bond lengths around isovalent impurities and in semiconductor solid solutions // Phys.Rev.B. - 1984. - Vol.30, №10. - P.6217-6220.
3*. Grosse F., Neugebauer J. Limits and accuracy of valence force field models for INXGA1-XN alloys // Phys. Rev. B. - 2001. - Vol.63, №8. - P.0855207.
4*. Dielectric function of wurtzite GAN and ALN thin films // Benedict L.X., Wethkamp T., Wilmers K. et al. - Solid State Communs. - 1999. - Vol.112, №1. - P.129-133.
5*. Lambrecht W.R.L., Rashkeev S.N. From band structure to linear and nonlinear optical spectra in semiconductors // Phys.Stat.Sol (b) - 2000. -Vol.217, №2. - P.599-640.
6*. Hughes J., Wang Y., Sipe J.E. Calculation of linear and second-order optical response in wurtzite GAN and ALN. // Phys. Rev. B. - 1997. - Vol.55, №20. - P.13630-13640.
7*. Garcia A., Cohen M.L. First-principles ionicity scales. I. Charge asymmetry in the solid state // Phys.Rev.B. - 1993. - Vol.47, №8 - P.4215-4225.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Дейбук В.Г., Возный А.В., Слетов М.М. Зонная структура и пространственное распределение заряда в ALXGA1-XN // ФТП. - 2000. - Т.34, №1. - С.36-40.
3. Возний О.В., Дейбук В.Г., Мельничук С.В. Причини виникнення прогину в композиційних залежностях ширини забороненої зони твердих розчинів нітридів ІІІ групи // Науковий вісник Чернівецького університету. - Вип.132: Фізика. Електроніка. - Чернівці: Рута, 2002. - С.65-69.
4. Voznyy O.V., Deibuk V.G. Chemical bonding and optical bowing in III-nitrides solid solutions // Semicond. Phys. Quant. Optoel. - 2003. - Vol.6, №2. - P.120-125.
5. Deibuk V.G., Voznyy A.V., Sletov M.M. Effect of antisites on electronic band structure and charge densities of Ga1-XALXN // XXVIII Internat. School on Physics of Semiconducting Compounds, Jaszowiec’99. - Warszawa (Poland). - 1999. - P.140-142.
6. Effect of strain on the optical properties of ternary III-nitride alloys // Voznyy O.V., Deibuk V.G., Sletov M.M., Sletov A.M. - E-MRS Spring Meeting 2002. - Symposium M. - Strasbourg (France). - 2002. - M-15.
7. Возний О.В., Дейбук В.Г. Термодинамічна стабільність обємних та плівкових твердих розчинів нітридів ІІІ групи // Матеріали ІХ Міжнародної конференції "Фізика і технологія тонких плівок". - Том 1. - Івано-Франківськ: Місто НВ. - 2003. - C.83-84.