閃鋅礦型HgTe電子結構和光學性質的第一性原理計算

劉其軍 劉正堂 馮麗萍

(西北工業大學材料學院,西安 710072)

在Ⅱ-Ⅵ族半導體材料中,HgTe由于具有半金屬特性而倍受關注[1-3].HgTe及其相關的半導體材料被廣泛應用于紅外量子阱探測器、MIS紅外器件、自旋場效應晶體管、太陽能電池和光電器件等領域[4-9].因此,對HgTe進行了廣泛而深入的研究[10-16].王新強等[13-15]采用基于密度泛函理論框架下的第一性原理方法,計算了(HgTe)n團簇的基態結構、能隙和結合能;Lu等[17]和Hao等[18]分別采用線性綴加平面波方法(LAPW)和局域密度近似平面波超軟贗勢法計算了在不同壓力下HgTe的結構性質.然而結合能帶結構和態密度對閃鋅礦型HgTe光學性質進行分析的報道很少,而這些微觀機理對于深入了解閃鋅礦型HgTe宏觀的光學特性是十分必要的.同時,采用第一性原理平面波超軟贗勢法已成功地計算了金屬[19]及半導體材料[20].因此,采用基于密度泛函理論(DFT)的平面波超軟贗勢法計算了閃鋅礦型HgTe的電子結構和光學特性,并從理論上分析了它們之間的關系,為實驗研究及實際應用提供了理論支持.

1 計算方法和模型

采用 Accelrys公司的 Materials Studio中的CASTEP模塊進行計算.此模塊基于密度泛函方法的從頭算量子力學程序:利用平面波贗勢方法,將離子勢用贗勢替代,電子波函數用平面波基矢組展開,電子-電子相互作用的交換和相關勢由局域密度近似(LDA)或廣義梯度近似(GGA)進行校正,它是目前較為準確的電子結構計算的理論方法[21].本文計算的交換關聯能采用廣義梯度近似(GGA)中的……