【《二维本征GaAs材料的特性分析概述》2600字】

[23]结果很相近，这就说明我们的思路与研究想法是可行的。我们再根据固体能带理论来分析，结合得到的图1.2能带结构图，我们可以清楚看出其价带顶和导带低不在布里渊区的同一点上对称。与三维闪锌矿结构砷化镓比较，其禁带宽度无明显的变化，但其带隙类型却由直接带隙变成了间接带隙。图1.2二维GaAs能带结构1.3态密度为了全面了解二维本征砷化镓的性质，我们需要了解其电子分部的状态。于是，我们计算了其材料的总电子态密度（TDOS）与分波电子态密度（PDOS），如图1.3所示。首先我们看图1.3是以晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(_),1)10]的二维本征砷化镓态密度，图中的(a)、(a1)、(a2)分别为总电子态密度、Ga元素和As元素的分波电子态密度。以0为分界点，分为四个范围分析，我们可以看在在价带中其能量区域为-11.31eV~-9.82eV之间时，贡献主要来自As-4S轨道和少量的Ga-4S轨道的态电子，其能量在-9.96eV时出现了尖峰，并到达峰值，大小为48.98，说明此时的电子相对比较局域，相应的能带也比较窄；当能量区域为-5.88eV~-1.50eV之间时，贡献来自Ga-4S轨道和少量的As-4P轨道的态电子，其能量在-4.49eV时出现尖峰，并到达峰值，大小为71.98，同上述的一样，此时呈现出局域性；当能量区域为-2.82eV~-0.03eV之间时，As-4P轨道和Ga-4P轨道之间形成了杂化的轨道；在导带中能量区域为1.46eV~5eV之间时，Ga-4S轨道、Ga-4P轨道和As-4P轨道形成了杂化的轨道。从图（a）中，我们能够看出能量为-4.99eV时，到达了最高值，其大小为150，这时贡献来自As-4S轨道。还有注意它们靠近费米能级的附近即导带和价带中，Ga-4P轨道和As-4P轨道的电子分布密，同时还发现导带中存在少量的Ga-4S轨道的态电子。而在费米能级附近处的电子占据几乎为0，此时形成的禁带宽度为1.41eV，正好与图1.2的能带结构相对应。图1.3二维本征GaAs的总电子态密度(a)和分波电子态密度(a1、a2)我们选取晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料，与三维闪锌矿结构本征砷化镓相比，其态电子密出现峰值的能量位置和能量区域分布情况整体的都往右移动。1.4线性光学性质1.4.1复介电函数用复介电函数ε(ω)=ε1+iε2(ω)可以表示介电函数ε(ω)，介电函数是用来描述电子在电磁波中相互作用的参数。但其也可用来反映材料的某些物理特性，例如：当该材料的虚部减少，电阻率增加时，表明此材料绝缘性能在原有的基础上也增强了。另外，其还可以看出材料的光学和能带的一些性质。总而言之，它对于我们研究材料的光电特性是一个非常重要的参数，如图1.4所示，为我们选取晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料的介电函数变化曲线图。图1.4二维本征GaAs的介电函数实部(a)和虚部(b)曲线图首先，我们看图1.4的（a）图也就是实部，当能量在小于10eV时，晶向[100]和[010]呈现出各向异性，其峰值位于能量区域2.5eV~5.7eV之间。选取晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料的实部[100]这条曲线出现了一大一小的波峰，分别是能量为2.7eV和4.4eV时，其大小为5.1和8.7，而[010]这条曲线在能量为2.7eV时到达峰值，其大小为9.8；我们看[100]和[010]这两条曲线能达到的最高峰值都低于10，这可能是因为Ga-4p轨道、As-4p轨道的态电子在价带发生了跃迁，到达了没有被占据的导带造成的，还有在11.5eV~14.5eV范围内有微弱的耗损。这与三维闪锌矿结构的砷化镓实部，在能量为2.1eV峰值大小为17.8相比，峰值大大的减少，而且出现峰值的能量点也向右移动然后我们再看（b）图，选取晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料的虚部中的[010]和[100]这两条曲线趋势大致相同，在能量为2.4eV时最小，一个-7.3，另一个为-4.3。在能量4.7eV时最大，大小一个为6.3，另一个为4.8。二维砷化镓材料的虚部变化先是随着能量的变大，虚部值先减小后增大在减小，当能量过了10eV后慢慢趋于0。而在能量区域在10eV以前，[100]和[010]呈现各向异性的性质。1.4.2吸收系数、反射系数材料对光或多或少有反射或吸收的性质。例如：在绝对零度下，理想的本征半导体材料在吸收光子进行跃迁时，其吸收光子的能量大于其半导体材料的带隙。还有材料在电磁波的作用中衰减现象等等。这就需要我们也要了解材料的反射和吸收系数。如图1.5所示，为选取晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料的吸收系数、反射系数的特性曲线。图1.5二维本征GaAs的吸收系数(a)和反射系数(b)曲线图我们看图1.5的（a）图，首先，看[100]这条曲线在能量为4.4eV时，达到其材料的吸收峰值，其大小为16.5，再看[010]这条曲线在能量为2.7eV时，达到其材料的吸收峰值为18.2。我们在看其轨迹，从能量为1.4eV开始吸收，当吸收光子的能量大于吸收的边时，吸收系数迅速上升，到达最高值，再开始减小，直到其能量超过14eV后材料的吸收渐渐趋于0。其在能量区域为2~10eV内对光的吸收能力较强，也是由于价带的电子数量多，还有过了最高值时，这时会有光严重的减弱，同时在能量区域为11.5~14eV内材料对光子有微弱的吸收。相比三维的闪锌矿结构砷化镓的吸收系数（计算结果），本文选取的晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料的吸收系数增大以及对光的吸收增强。再看（b）图，[100]这条曲线在能量为2.7eV和4.4eV时，达到其反射峰值为0.4和0.9，[010]这条曲线在能量2.7eV时达到峰值1.2。我们再看轨迹，从能量约为2eV开始，反射系数迅速上升，达到最大值后开始下降，在能量约为10eV以后反射率趋近于0。主要在2~10eV能量区域内出现明显的反射峰，吸收谱线也主要集中在此能量区域内两者对应。表明选取的晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料，在2~10eV能量区域内对光强烈的吸收，同时也会有效的反射。相比三维的闪锌矿砷化镓的反射谱，本文选取的晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料的反射谱线发生红移，同时反射能量区域变窄。1.4.3透射率图1.6为选取的晶向指数为[EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(—),1)10]为切面构造的二维闪锌矿结构本征砷化镓材料的透射率曲线变化图。图1.6沿闪锌矿GaAs[EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(_),1)10]切面构造的二维GaAs体系的透射