Etudes des propriétés structurales, electroniques et optiques de l'alliage Semi-conducteur BAlGaN : Etude ab-initio

Abstract

Dans ce travail, nous avons étudiés les propriétés structurales, électroniques et optique des binaires BN, AlN et GaN et des ternaire AlGaN, BGaN et BAlN et de quaternaire BAlGaN dans la phase zinc-blende, en utilisant la méthode ab-initio (la méthode des ondes planes augmentées linearisées (FP-LAPW)) dans le cadre de la fonctionnelle de la densité (DFT) avec les deux approximations ; l’approximation de la densité locale (LDA) et l’approximation du gradient généralisée (GGA) de Wu et de Cohen. Parmi les principaux résultats trouvé : Le BN a un gap indirect avec AlN ; le GaN a un gap direct ; le BxGa1-xN a une transition de phase du gap direct vers le gap indirect pour des concentrations en bore élevées (x> 0,75) et pour BxAl1-xN, le gap directe se trouve entre 7 % et 83 % (0,07 <x <0,83) le AlxGa1-xN est distingué par un gap totalement direct avec le quaternaire BAlGaN. On peut souligner que le caractère gap direct de l’alliage semi-conducteur BAlGaN a une grande importance pour les transitions optiques et pourrait être utile pour la conception des lasers à puits quantique et des cellules solaires hétérostructures. Au terme de ce travail, nous avons mis en place un programme de calcul (DLSBAC V 2.0) qui permet de prédire quelques paramètres structuraux et électroniques des alliages semi-conducteurs ternaires et quaternaires. Mots clés : La méthode des ondes planes augmentées linearisées (FP-LAPW) Les propriétés structurales, électroniques et optiques des binaires BN, AlN et GaN L’approximation de la densité locale (LDA) et l’approximation du gradient généralisée (GGA) ------------------------------------------------Abstract

The structural and electronic properties of the BxGa1-xN, BxAl1-xN, AlxGa1-xN and BxAlyGa1-x-yN compounds were studied using the full-potential linearized augmented plane wave method (FP-LAPW), within the local density approximation (LDA) and the generalized gradient approximation (GGA). We have compared the Al and B compositions dependence on the ground state properties: lattice parameters, bulk moduli and their pressure derivative, and band gap energies. The lattice parameters are found to change linearly for AlxGa1-xN, exhibit a downward bowing for both BxAl1-xN and BxGa1-xN, and has a very small deviation when Al is added and a large deviation when B is incorporated for BxAlyGa1-x-yN. The calculated band gap variation for the ternaries shows that the BxGa1-xN has a phase transition from direct-gap to indirect-gap for high boron contents (x > 0.75). As for BxAl1-xN, a direct-gap is found in the boron content range 0.07 < x < 0.83. For AlxGa1-xN and BxAlyGa1-x-yN compounds, they have been found to be direct-gap materials. The results show that the BxGa1-xN, BxAl1-xN, AlxGa1- xN and BxAlyGa1-x-yN materials may well be useful for optoelectronic applications. At the end of this work, we have developed a computer program (DLSBAC V 2.0) which predicts some structural and electronic parameters for semiconductor alloys ternary and quaternary.

Keywords : FP-LAPW; BxAlyGa1-x-yN alloy; Bulk modulus; Wien2k; Structural properties; Electronic properties.