Calcul ab initio des propriétés structurales, électroniques et optiques des alliages AlxGa1-xAs

Abstract

Le présent travail présente une simulation numérique des propriétés physiques de l'arséniure d'aluminium-gallium AlxGa1-xAs (x = 0, x = 0.25, x = 0.5, x = 0.75, x =1). Cette simulation est menée en utilisant la méthode FP-LAPW implémentée dans le code de calcul WIEN2k. Les propriétés structurales, électroniques et optiques ont été calculées en utilisant les approches GGA et GGA-mBJ. Les valeurs des paramètres de structure optimisés, calculées par l’approche GGA sont en bon accord avec celles obtenues numériquement et expérimentalement. La croissance légère du paramètre de réseau (a) en augmentant la concentration x de Al est due au rayon atomique de Ga qui est grand devant ceux de Al et de As. Le calcul de la structure de bandes d’énergie suivant les approximations GGA et GGA- mBJ, a démontré que cet alliage possède un gap direct dont l’énergie augmente en augmentant la concentration x de Al. Un bon accord a été obtenu entre nos valeurs calculées de l’énergie de gap et celles expérimentales. Le calcul de la densité d’états électroniques (DOS), par l’approche GGA-mBJ, a démontré une forte contribution des états 3p-Al et 3s-Al, respectivement, en haut de la bande de valence et en bas de la bande de conduction proches du niveau de Fermi, en augmentant la concentration x de Al. L’étude de la densité de charges dans l’alliage AlxGa1-xAs a prouvé la présence d’une liaison Al-Ga- As covalente polaire. L’étude des spectres de la partie réelle 𝜀1 (ω) et de la partie imaginaire 𝜀2 (ω) de la fonction diélectrique ε (ω), de l’alliage AlxGa1-xAs a démontré la présence d’un décalage vers les hautes énergies (blueshifting) pour des concentrations x d’aluminium supérieures à 50%. Le spectre 𝜀2(ω) déduit par l’approche GGA-mBJ, a mis en évidence toutes les transitions interbandes directes. Le seuil d’absorption optique déduit de spectre d’absorption optique a subi un décalage important vers la région UV, en augmentant la concentration x d’aluminium plus de 50%. Les spectres de la réflectivité optique de l’alliage AlxGa1-xAs (x = 0, x = 0.25, x = 0.5, x = 0.75, x = 1) calculés par les approches GGA et GGA-mBJ ont prouvé que cet alliage est plus réfléchissant à la lumière visible pour des concentrations x moins de 50%.