论文部分内容阅读
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法，对环境半导体光电子材料Ca2Si和Ca2Sn的块体、硅基外延生长及应力作用下的电子结构及其光学性质进行了详细的计算研究。
计算了Ca2Si正交相和立方相块体、硅基外延和应力作用下的立方相Ca2Si的电子结构及其光学性质。结果表明：块体Ca2Si的正交相和立方相都是典型的直接带隙半导体，带隙分别为0.32eV、0.56eV。正交相的光学性质是各向异性的，光学性质主要由Si的3p态电子向Ca的3d态的带间跃迁所决定；立方相结构在费米面附近Si的3p和Ca的3d态电子发生杂化，并且第一跃迁有很高的振子强度。对异质外延关系为Ca2Si(001)//Si(100)立方相的Ca2Si计算结果显示：由于Ca2Si/Si界面的晶格形变引起能带畸变使得Ca2Si的直接带隙值减小，带隙值为0.47eV，其价带主要是由Si的3s、3p态电子构成，导带主要是由Ca的3d态电子构成，静态介电常数为12.48，折射率为3.53。应力作用下的立方相Ca2Si结果显示：压力造成了晶格常数的拟线性减小，能带也随压力的增大而减小了。受能带减小的影响，光学性质介电函数、复折射率、吸收系数等响应向低能量范围漂移。
计算了Ca2Sn正交相和立方相块体、硅基外延和应力作用下的立方相Ca2Sn的电子结构及其光学性质。计算结果表明：块体Ca2Sn正交相是直接带隙半导体，带隙为0.19eV。立方相为准直接带隙半导体，带隙为0.70eV。正交相Ca2Sn的光学性质显示三个极化方向a、b、c上的静态介电常数分别为：20.35、23.33、18.49。外延后晶体的对称性被破坏，能带的带隙有所减小；光学性质响应向低能量范围漂移。应力作用下的立方相Ca2Sn的计算结果表明：当压力为2GPa时，Ca2Sn的带隙由准直接带隙转变为直接带隙，外加压力的作用下，轨道杂化减弱，晶体的共价性减弱，离子性增强，光学性质介电函数、复折射率、吸收系数等响应向低能量范围漂移。