Estructura Electrónica de GaAs y AlAs usando un Hamiltoniano Tight-Binding sp3s∗
Resumen
Calculamos los estados electrónicos en volumen para GaAs y AlAs en estructura Zinc-Blenda usando el método Tight-Binding (TB). El Hamiltoniano TB se construyó usando una base de orbitales s, p y s∗. Los orbitales s∗ representan estados excitados con igual simetría de los orbitales s. Llevando a cabo la diagonalización numérica del Hamiltoniano, se determinaron las relaciones de dispersión para algunas direcciones de alta simetría de la primera zona de Brillouin (PZB), obteniendo un gap directo de 1.54 eV para GaAs y un gap indirecto de 2.26 eV para AlAs. Las densidades de estados totales (DOS) y parciales indican la presencia de orbitales s en la parte inferior de la banda de valencia (BV), orbitales p en la parte superior de la BV y en la parte inferior de la banda de conducción (BC), y orbitales s∗ en la parte superior de la BC. Nuestros resultados concuerdan bastante bien con otros reportes experimentales y teóricos.
Palabras clave
Tight-Binding, relaciones de dispersión, densidad de estados.
Referencias
[1] S. Logothetidis, M. Alouani, M. Garriga, and M. Cardona. E 2 interband transitions in AlxGa1−xAs alloys. Phys. Rev. B, 41:2959– 2965, 1990.
[2] A. Bautista, L. Pérez, U. Pal, and J. Rivas. Estudio estructural de los semiconductores AlP, GaAs y AlAs con estructura wurzita. Revista Mexicana de Física, 49:9–14, 2003.
[3] D. Chandra Gupta and S. Kulshrestha. Effect of high pressure on polymorphic phase transition and electronic structure of XAs (X=Al, Ga, In). Phase Transitions, 82:850–865, 2009.
[4] A. Srivastava, N. Tyagi, U.S. Sharma, and R.K. Singh. Pressure induced phase transformation and electronic properties of AlAs. Materials
Chemistry and Physics, 125:66–71, 2011.
[5] Peiji Geng, Weiguo Li, Xianhe Zhang, Xuyao Zhang, Yong Deng, and Haibo Kou. A novel theoretical model for the temperature de-
pendence of band gap energy in semiconductors. Journal of Physics D: Applied Physics, 50:40LT02, 2017.
[6] M. B. Panish and H. C. Casey. Temperature dependence of the energy gap in GaAs and GaP. Journal of Applied Physics, 40:163–167, 1969.
[7] S. C. Jain and D. J. Roulston. A simple expression for band gap narrowing (BGN) in heavily doped Si, Ge, GaAs and Ge x Si 1−x strained
layers. Solid-State Electronics, 34:453–465, 1991.
[8] O. Madelung (ed). Semiconductors: group IV Elements and III-IV compounds. Springer, 1991.
[9] B. Monemar. Fundamental energy gaps of AlAs and AlP from photoluminescence excitation spectra. Phys. Rev. B, 8:5711–5718, 1973.
[10] W. A. Harrison. Bond-orbital model and the properties of tetrahedrally coordinated solids. Phys. Rev. B, 8:4487–4498, 1973.
[11] W. A. Harrison and S. Ciraci. Bond-orbital model. II. Phys. Rev. B, 10:1516–1527, 1974.
[12] S. T. Pantelides and W. A. Harrison. Structure of the valence bands of zinc-blende-type semiconductors. Phys. Rev. B, 11:3006–3021, 1975.
[13] W. A. Harrison. Electronic Structure and the Properties of Solids. Freeman, San Francisco, 1980.
[14] D. J. Chadi and M. L. Cohen. Tight-binding calculations of the valence bands of diamond and zincblende crystals. physica status solidi (b), 68:405–419, 1975.
[15] Ch. Kittel. Introduction to Solid State Physics. John Wiley & Sons, Inc, eighth edition, 2005.
[16] Wikipedia. Brillouin zone, Diciembre de 2020 (última edición de la página). https://en.wikipedia.org/wiki/Brillouin_zone (Acedido el 21 de marzo de 2021).
[17] P. Vogl, H. P. Hjalmarson, and J. D. Dow. A semi-empirical tight-binding theory of the electronic structure of semiconductors. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 44:365–378, 1983.