Etude ab initio des propriétés structurales, électroniques, optiques et thermodynamiques des alliages ternaires et quaternaires semi-conducteurs

Abstract

L’objectif de notre travail est d’étudier les propriétés structurales, électroniques, optiques et thermiques des alliages quaternaires BxAl1-xNyAs1-y dans la structure zinc blende. Des calculs de premier principe ont été effectués en utilisant la méthode des ondes planes augmentées et linéarisées (FP-LAPW) basée sur le formalisme de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Pour les propriétés structurales, nous avons utilisé l’approximation du gradient généralisé développé par Wu-Cohen (WC-GGA) pour le terme du potentiel d'échange et de corrélation (XC). Les résultats trouvés sont en accord avec ceux de l’expérimental et de la théorie. Cependant pour les propriétés électroniques, le potentiel d'échange et de corrélation est traité dans le cadre de deux approximations : l’approximation (WC-GGA) et l’approximation (mBJGGA) proposée par Becke et Johnson. La variation du paramètre de maille, module de compressibilité, gap énergétique, fonction diélectrique et l’indice de réfraction en fonction de la composition montrent une dépendance non linéaire. Concernant les valeurs du gap obtenues en utilisant la méthode mBJ montrent une amélioration considérable par rapport aux autres travaux théoriques et sont plus proches aux données expérimentales. Les propriétés thermodynamiques de nos alliages III-V ont été étudiées en utilisant le modèle quasi-harmonique de Debye. En incorporant de données de l’énergie obtenues par la méthode FP-LAPW. Les valeurs des gaps calculées des alliages quaternaires BxAl1-xNyAs1-y adapté au substrat BAs varient de 0.138 jusqu’a 1.407 (eV). Les alliages quaternaires obtenus par l’ajustement de substrat BAs montrent une nouvelle gamme des gaps d’énergie qui se trouvent dans le spectre de l’infrarouge, ce qui montre que l’alliage BxAl1-xNyAs1-y adapté au substrat BAs peut servir comme émetteurs infrarouge.