Ab-initio-Berechnung von Raman-Tensoren in Halbleitern und Halbleiter-Misch-systemen
Bernhard Steininger
ISBN 978-3-89722-485-8
185 Seiten, Erscheinungsjahr: 2000
Preis: 40.50 EUR
Stichworte/keywords: Theoretische Festkörperphysik , Gitterdynamik , Raman-Effekt , Legierungen , Dichte-Funktional-Theorie
In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell entwickelt, das die Berechnung
von Raman-Intensitäten von Halbleiter-Mischsystemen ab initio,
also ohne Verwendung experimenteller Daten, ermöglicht.
Die dabei zugrundeliegenden Methoden sind Dichte-Funktional-Theorie (DFT)
[1,2] und Dichte-Funktional-Störungstheorie (DFPT) [3,4]. Mit ersterer werden
die Grundzustandselektronendichte und Grundzustandsenergie des Systems
berechnet, letztere erlaubt dagegen die Berechnungen von Ableitungen der
Grundzustandsenergie. Hier werden mittels Lineare Antworttheorie
zweite Ableitungen mittels DFPT berechnet. Damit erhält man Kraftkonstanten,
Hochfrequenzdielektrizitätskonstanten und Bornsche effektive Ladungen.
Die Intensität des Raman-Spektrums ist wesentlich durch den Raman-Tensor
bestimmt, der eine dritte Ableitung der Grundzustandsenergie ist. Diese wird
aus DFPT in Kombination mit der Frozen-Phonon-Methode gewonnen.
Da zur Beschreibung von Mischsystemen große Superzellen
verwendet werden müssen, verbietet sich in diesem Fall aufgrund des hohen
numerischen Aufwands eine direkte Verwendung der DFPT. Deshalb wird bei der
Berechnung der Raman-Intensitäten und Raman-Frequenzen von Mischsystemen
in dieser Arbeit eine in [5] entwickelte Methode erweitert. Die das
Raman-Spektrum bestimmenden physikalischen Größen werden dabei aus
der Taylorentwicklung der
entsprechenden Größen eines Referenzsystems gewonnen. Die
Entwicklungsparameter sind dabei atomare Auslenkungen und
Kompositionsvariable, die den chemischen Unterschied der verschiedenen Atome
beschreiben.
Die hier entwickelte Methode wird auf eine Reihe von
kubischen Gruppe IV-Mischsystemen
und III-V-Legierungen angewendet. Des weiteren werden
(GaSb)n(AlSb)n-Übergitter und GaN/AlN-Legierungen in Wurtzit-Struktur
untersucht.
Darüber hinaus werden Isotopieeinflüße auf die Raman-Spektren von
Elementhalbleitern und hexagonalem GaN berechnet.
Schließlich wird noch auf die Druckabhängigkeit der
Off-resonance-Raman-Spektren eingegangen.
[1] P. Hohenberg and W. Kohn: Phys. Rev. 136, B864 (1964).
[2] W. Kohn and L. J. Sham: Phys. Rev. 140, A1133 (1965).
[3] S. Baroni, P. Giannozzi, and A. Testa: Phys. Rev. Lett.
58, 1861 (1987).
[4] P. Giannozzi, S. de Gironcoli, P. Pavone, and S. Baroni:
Phys. Rev. B 43, 7231
(1991).
[5] S. de Gironcoli: Phys. Rev. B 46, 2412 (1992).
