Etude des propriétés structurales, électroniques et optiques des alliages quaternaires quadratiques GaInAsP et GaInAsN par la méthode ab-initio

Abstract

الملخص (بالعربية) :

في هذا العمل قمنا بحساب الخواص البنيوية والالكترونية و الضوئية للخلائط الرباعيةGaxIn1-xAsyN1-y و GaxIn1-xAsyP1-y و ذلك بواسطة طريقة الأمواج المستوية المتزايدة خطيا FP-LAPW و التي تعتمد على نظرية كثافة الدالة DFT و لحساب الخواص البنيوية استعملنا التقريبيين PBEsol-GGA و LDAلأجل حساب كمون التبادل و الارتباط. و لحساب الخصائص الالكترونية لهذه الخلائط الشبه ناقلة و بالإضافة إلى التقريب المستخدم سابقا’ استعملنا التقريب mBJ. بعد تحليل بيانات تغيرات ثابت الشبكة ، معامل الانضغاط الحجمي ، الفجوة الطاقية و كذا معامل الانحراف بدلالة مختلف التراكيز. لاحظنا انحراف في منحنيات كل من : ثابت الشبكة بالنسبة لقانون Vegard وكذا معامل الانضغاط الحجمي بالنسبة ل (LCD). لقد قمنا أيضًا بحساب الخواص البصرية لسبائك أشباه الموصلات مثل الوظيفة العازلة ومؤشر الانكسار وفقدان الطاقة.

الكلمات المفتاحية : GaxIn1-xAsyN1-y, GaxIn1-xAsyP1-y , FP-LAPW, Wien2k et TB-mBJ ----------------------------------------------

Résumé (en Français) :

Dans ce travail nous avons étudié les propriétés structurales, électroniques et optiques des alliages quaternaires semi-conducteurs GaxIn1-xAsyN1-y et GaxIn1-xAsyP1-y a base des composés binaires GaAs, GaN, InAs, InN, InP et GaP dans la structure zinc-blende en utilisant la méthode des ondes planes augmentées (FP-LAPW) implémentée par le code Wien2k dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité DFT. Pour déterminer les paramètres structuraux, nous avons pris comme terme de potentiel d’échange et de corrélation les deux approximations, la PBEsol-GGA et LDA. D’autre part, pour calculer les propriétés électroniques de nos alliages quadratiques, nous avons employé l’approximation du potentiel modifié de Becke et Johnson proposée par Tran et Blaha (TB-mBJ). L'effet de la composition pour les deux alliages quaternaires sur la constante du réseau, le module de compressibilité et le gap énergétique a été étudié. Les déviations des constantes du réseau par rapport à la loi de Végard et des modules de compressibilité par rapport à la loi de dépendance linéaire (LCD) ont été observées pour ces alliages. Nous avons également déterminé l'énergie de formation EF des alliages quaternaires. Nous avons trouvé que le gap énergétique augmente avec l'augmentation des concentrations x et y, les gaps obtenus s’approchent des gaps des composés binaires. Nous avons calculé aussi les propriétés optiques de ces alliages semi-conducteurs tell que la fonction diélectrique, l’indice de réfraction et la perte d’énergie. Les mots clés : GaxIn1-xAsyN1-y, GaxIn1-xAsyP1-y , FP-LAPW, Wien2k et TB-mBJ

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Abstract (en Anglais) :

In this work we have studied the structural, electronic and optical properties of the semiconductor quaternary alloys GaxIn1-xAsyN1-y and GaxIn1-xAsyP1-y based on the GaAs, GaN, InAs, InN, InP and GaP binary compounds in the zinc-blende structure, using the augmented plane wave method (FP-LAPW) implemented by the Wien2k code as part of the DFT density functional theory. The exchange and correlation potential is treated by PBEsol-GGA and LDA approximations. On the other hand, in order to calculate the electronic properties of our quadratic alloys, we used (TB-mBJ). The effect of the composition for the two quaternary alloys on the lattice constant, the compressibility modulus and the energy gap was studied. The deviations of the structural parameters with respect to the law of Vegard and bulk modules with respect to the law of linear dependence (LCD) were observed for these alloys. We also determined the EF formation energy of the quaternary alloy. We have found that the energy gap increases with increasing concentrations x and y, the gaps obtained approach the gaps of the binary compounds. We have also calculated the optical properties of these semiconductor alloys such as dielectric function, refractive index and energy loss. Keywords : GaxIn1-xAsyN1-y, GaxIn1-xAsyP1-y , FP-LAPW, Wien2k and TB-mBJ