(GaP)n/(AIP)n 반도체 초격자의 전자 구조

Abstract

본 논문에서는 간접 전이 성질을 갖는 두 반도체 GaP와 AlP로 구성된 초격자 (GaP)^(n)/(AIP)^(n) (001)의 에너지띠 구조( n = 1∼ 8 )를 밀접결합(Tight,-Binding:TB) 방법으로 계산한다. 에너지띠 계산은 sp^(3)s^(*) 원자궤도함수 5개를 기저함수로 취하고, 첫번째 이웃원자까지의 상호작용만을 포함한다. GaP층과 AlP층 사이 경계면에서의 효과를 고려하여, Al^(0.5)Ga(0.5)P 삼중화합물 매개변수가 도입된다. 중요 대칭점들에서의 에너지띠 간격을 분석한 결과. (GaP)_(1)/(AlP)_(1)는 직접 전이 가능성을 보이며, n = 2 ∼ 8인 경우는 간접 전이 성질을 갖는다. 다른 이론 및 실험적 결과들과 비교했을 때, 계산된 에너지띠 간격은 2,14 eV ∼ 2.42 eV로, 실험값과 약 2 % ∼ 7 %의 상대오차를 가지며, 비교적 실험 사실에 잘 부합됨을 알 수 있다. 에너지띠 구조로부터, n = 1, 2인 경우에 대해 (GaP)_(n)/(AlP)_(n)초 격자의 상태밀도를 구하였고, 가전자띠 최대 부근과 전도띠 최소 주위에서 상태밀도가 크게 나타난다. 상태밀도 계산 결과는 (GaP)_(n)/(AlP)_(n)의 광학적 성질에 대한 정보를 제공할 수 있으리라 기대된다.;The energy band structures of (GaP)_(n)/(AlP)_(n) (001) (n = 1 ∼ 8) superlattices have been calculated. (GaP)_(n)/(AlP)_(n) composed of indirect gap semiconductor GaP and AlP constructs a nearly lattice matched system. We use the empirical tight-binding method including only the first-nearest neighbor interactions and five atomic orbital functions of sp^(3)s^(*) as a basis function set. We adopt the Al_(0.5)Ga_(0.5)P ternary alloy parameters for interface parameters between the GaP layer and the AlP layers. The energy band gaps for special symmetry points were obtained. (GaP)_(1)/(AlP)_(1) shows the possibility of the direct band gap transition. (GaP)_(n)/(AlP)_(n) for n = 2 ∼ 8 are predicted to have the indirect band gap. Our theoretical results of 2.14 eV ∼ 2.42 eV band gap agree with experimental data within the error of 2% ∼ 7%. From the energy band structures, the densities of states of (GaP)_(n)/(AlP)_(n) have been calculated for n = 1 and 2. It is expected that these results give us the information of optical properties of (GaP)_(n)/(AlP)_(n) superlattices.