Электронные состояния в квантово-размерных и дефектных полупроводниковых структурах

• Автор: Гриняев, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 412 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛОВ

1.1 Методы расчета зонной структуры полупроводников

1.2 Метод псевдопотенциала

1.2.1 Модельные псевдопотенциалы

1.2.2 Модельные псевдопотенциалы Mader- Zunger

1.2.3 Первопринципные псевдопотенциалы

1.3 Интегральные характеристики электронного спектра

1.4 Метод матрицы рассеяния

1.4.1 Общие соотношения

1.4.2 Метод расчета комплексной зонной структуры в базисе из плоских волн
1.4.3 Расчет комплексной зонной структуры кр методом
1.4.4 Метод матрицы рассеяния в симметризованном базисе
1.4.5 Метод матрицы рассеяния с учетом спинорбитального взаимодействия
Глава 2 ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И ФОНОННЫЙ СПЕКТР
АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И СВЕРХРЕШЕТОК НА ИХ ОСНОВЕ
2.1 Зонный спектр соединений A4, А3В5 с кубической структурой
2.2 Фононный спектр GaAs и AlAs
2.3 Зонная структура графитоподобного и ромбоэдрического нитрида бора
2.3.1 Введение
2.3.2 Метод расчета
2.3.3 Результаты расчета зонного спектра й-BN и r-BN
2.3.4 Плотность валентного заряда
2.3.5 Выводы
2.4 Зонный спектр и оптические свойства ZnGeP
2.5 Электронные состояния и оптические свойства сверхрешеток (GaAs)„(AlAs)m
2.5.1 Ульгратонкая сверхрешетка (GaAs)i(AlAs)i(001)
2.5.1.1 Кристаллическая структура
2.5.1.2 Зонный спектр сверхрешетки
2.5.1.3 Фононный спектр сверхрешетки
2.5.2 Сверхрешетки (GaAs)i(AlAs)3, (GaAs)2(AlAs)2, (GaAs)3(AlAs)i (001)

2.5.2.1 Кристаллическая структура
2.5.2.2 Зонный спектр сверхрешеток
2.5.2.3 Фононный спектр сверхрешеток
2.5.3 Минизонный спектр свсрхрешеток (GaAs)n(AIAs)m(001) в моделях с резкой и плавной гетерограницами
2.5.4 Оптические свойства сверхрешеток (GaAs)n(AlAs)m(311)
Глава 3 МЕЖДОЛИННОЕ РАССЕЯНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ НА ФОНОНАХ В КРИСТАЛЛАХ А3В5И СВЕРХРЕШЕТКАХ (GaAs)„(AlAs)„, (001)
3.1 Введение
3.2 Определение междолинных деформационных потенциалов
3.3 Эмпирический расчет деформационных потенциалов в кристаллах А3В
3.4 Первопринципный расчет деформационных потенциалов в GaAs и AlAs.
3.5 Междолинные деформационные потенциалы в сверхрешетке (GaAs)i(AlAs)i(001)
3.6 Междолинные деформационные потенциалы в сверхрешетках (GaAs)2(AlAs)2,
(GaAs)3(AlAs)b (GaAs)i(AlAs)3 (001)
3.7 Основные результаты и выводы
Глава 4 ГЛУБОКИЕ УРОВНИ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ, КЛАСТЕРОВ И КВАНТОВЫХ ТОЧЕК
4.1. Введение
4.2 Глубокие уровни одиночных дефектов Asca, GaAS, InAs, SbGa в GaAs
4.2.1 Метод расчета
4.2.2 Результаты расчета и обсуждение
4.3 Глубокие уровни и оптические свойства гексагонального нитрида бора /z-BN
с одиночными и кластерными дефектами из вакансий азота
4.3.1 Введение
4.3.2 Особенности метода расчета
4.3.3 Результаты расчета глубоких уровней вакансий азота в /z-BN
4.3.4 Оптическое поглощение дефектного /г-BN с участием глубоких уровней
4.3.4.1 Особенности метода расчета
4.3.4.2 Поглощение /г-BN с вакансиями азота
4.3.4.3 Сравнение результатов расчета с экспериментом
4.3.4.4 Выводы
4.4 Глубокие уровни вакансий в сверхрешетке (GaAs)3(AlAs)i
4.4.1 Введение

4.4.2 Теоретико-групповой анализ
4.4.3 Метод расчета электронных состояний свсрхрешеток с дефектами
4.4.4 Результаты расчета и обсуждение
4.4.5 Выводы
4.5 Глубокие уровни точечных и кластерных дефектов в ZnGePi
4.5.1 Введение
4.5.2 Метод расчета глубоких уровней в тройном соединении
4.5.3 Глубокие уровни собственных дефектов в соединениях Ge, GaP, ZnS
4.5.4 Глубокие уровни нейтральных собственных дефектов ZnGeP
4.5.5 Сравнение уровней нейтральных дефектов GaP и ZnGeP
4.5.6 Глубокие уровни заряженных дефектов ZnGeP
4.5.7 Поглощение света ZnGeP2, вызванное точечными дефектами
4.5.8 Глубокие уровни сложных дефектов и кластеров в ZnGeP
4.5.9 Основные результаты и выводы
4.6 Электронная структура кластеров из атомов мышьяка в GaAs
4.6.1 Введение
4.6.2 Метод расчета электронных состояний кластеров
4.6.3 Кластер из 17 атомов мышьяка
4.6.4 Кластер из 35 атомов мышьяка
4.6.5 Кластер из 29 атомов мышьяка
4.6.6 Выводы
4.7 Электронная структура кластеров из атомов галлия в GaAs
4.7.1 Введение
4.7.2 Особенности метода расчета и структуры
4.7.3 Результаты расчета
4.7.4 Анализ кластерных состояний
4.7.5 Электронные состояния тонких металлических слоев Ga в GaAs
4.7.6 Выводы
4.8 Электронная структура и оптические свойства германиевых кластеров в кремнии—
4.8.1 Введение
4.8.2 Метод расчета
4.8.3 Расчет электронных состояний германиевых кластеров методом РЭЯ (8Х8*8)..
4.8.3.1 Зависимость глубоких уровней от размеров кластеров
4.8.3.2 Расчет кластерных состояний методом эффективной массы

мнимая добавка к энергии, связанная с конечностью времени жизни блоховских состояний за счет рассеяния электронов на несовершенствах кристалла. Для расчета интеграла по волновому вектору к в пределах первой ЗБ применялась процедура аналитического продолжения е(Е) в область комплексных энергий (с начальной мнимой добавкой к энергии 8 ~0.1 эВ) с последующей интерполяцией на вещественную ось энергии согласно [45]. Такой метод приводит к сглаживанию сингулярных особенностей подинтегральной функции, что позволяет при интегрировании использовать сравнительно редкую сетку специальных точек (волновых векторов), генерируемых методом расширенной элементарной ячейки (РЭЯ) [46]. Это существенно уменьшает объем вычислений е(Е) без; заметной потери точности интегральных характеристик. Данная методика использовалась и для, расчета других-интегральных характеристик.
Коэффициент поглощения света выражается через действительную и мнимую части диэлектрической проницаемости (е= е;+;'ег)
(п + 1)2+к
преломления и поглощения являются компонентами комплексного показателя преломления ЩЕ)=п(Е)+1к(Е), связанного с комплексной диэлектрической проницаемостью е=А2.
1.4 Метод матрицы рассеяния
1.4.1 Общие соотношенния
В работе исследованы процессы резонансного туннелирования электронов через многобарьерные квантовые структуры. В рассмотренных структурах толщины всех слоев, кроме контактных, малы - составляют несколько постоянных решетки. Поэтому параметры решетки слоев в плоскости гетерограниц считались согласованными с параметрами решетки подложки. Это хорошо выполняется в структурах СаАяМЛАз с исходно близкими постоянными решеток компонент. В других случаях такое согласование происходит за счет деформации тонких барьерных слоев, окруженных толстыми слоями матрицы-кристалла.
Ее7{Е) = 2 Е-к(Е) = 4 туКЕ) Нсп(Е) Не А
(1.23)
где с — скорость света в вакууме, X - длина
(и-1) +к _
отражения при нормальном падении света имеет вид /?(/;) = ------------2 -. Показатели
Показатели