밀접결합(LCAO) 방법에 의한 아연화합물구조 반도체의 에너지띠 연구

Abstract

본 논문에서는 밀접결합(tight-binding) 방법을 이용하여 아연화합물구조(zinc-blende structure)를 갖는 반도체들의 에너지띠(energy bands)를 계산하는 일반적인 식을 구한다. 그리고 이 식으로 부터 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체들 (GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, AlAs)의 에너지띠 구조를 구한다. 이때, 각각의 원자에 대해서 SP^(3) 궤도함수(atomic orbital)를 고려하므로 전자의 파동함수는 모두 8개의 궤도함수로 전개 된다. 또한 실제의 에너지띠 계산에서는 D.N. Talwar와 C.S. Ting의 밀접결합 매개변수(tight-binding parameters)를 이용하며, 두번째 이웃원자까지를 포함한다. 특히 현실적인 응용과 연구에 비교적 널리 이용되고 있는 GaAs 반도체에 대해서, 위에서 구한 에너지띠 구조로 부터 유효질량(effective mass)과 상태밀도(density of states)를 계산한다. 위에서 계산한 결과들을 다른 이론 및 실험결과와 비교하여 본다.;General fomalisms for the energy bands of zinc-blende structure semiconductors are constructed by the tight-binding method. The electron wave functions are expanded in sp^(3) orbitals centered on each atom, total 8 atomic orbital functions. Using these formalisms, the energy band structure of Ⅲ-V compound semiconductors (Gap, GaAS, GaSb, InP, InAs, InSb, AlAS) are calculated. The 23 tight-binding interaction parameters of these materials by D.N. Talwa and C.S. Ting are used in this calculation, including second neighbors interactions. In the case of GaAs, effective masses of T symmetry point and density of states are evaluated from the band structure. The calculated results are compared with the existing theoretical and experimental data.