Dissertation Bernhard Steininger

In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell entwickelt, das die Berechnung von Raman-Intensitäten von Halbleiter-Mischsystemen ab initio, also ohne Verwendung experimenteller Daten, ermöglicht. Die dabei zugrundeliegenden Methoden sind Dichte-Funktional-Theorie (DFT) [1,2] und Dichte-Funktional-Störungstheorie (DFPT) [3,4]. Mit ersterer werden die Grundzustandselektronendichte und Grundzustandsenergie des Systems berechnet, letztere erlaubt dagegen die Berechnungen von Ableitungen der Grundzustandsenergie. Hier werden mittels Lineare Antworttheorie zweite Ableitungen mittels DFPT berechnet. Damit erhält man Kraftkonstanten, Hochfrequenzdielektrizitätskonstanten und Bornsche effektive Ladungen.

Die Intensität des Raman-Spektrums ist wesentlich durch den Raman-Tensor bestimmt, der eine dritte Ableitung der Grundzustandsenergie ist. Diese wird aus DFPT in Kombination mit der Frozen-Phonon-Methode gewonnen.

Da zur Beschreibung von Mischsystemen große Superzellen verwendet werden müssen, verbietet sich in diesem Fall aufgrund des hohen numerischen Aufwands eine direkte Verwendung der DFPT. Deshalb wird bei der Berechnung der Raman-Intensitäten und Raman-Frequenzen von Mischsystemen in dieser Arbeit eine in [5] entwickelte Methode erweitert. Die das Raman-Spektrum bestimmenden physikalischen Größen werden dabei aus der Taylorentwicklung der entsprechenden Größen eines Referenzsystems gewonnen. Die Entwicklungsparameter sind dabei atomare Auslenkungen und Kompositionsvariable, die den chemischen Unterschied der verschiedenen Atome beschreiben.

Die hier entwickelte Methode wird auf eine Reihe von kubischen Gruppe IV-Mischsystemen und III-V-Legierungen angewendet. Des weiteren werden (GaSb)n(AlSb)n-Übergitter und GaN/AlN-Legierungen in Wurtzit-Struktur untersucht. Darüber hinaus werden Isotopieeinflüße auf die Raman-Spektren von Elementhalbleitern und hexagonalem GaN berechnet. Schließlich wird noch auf die Druckabhängigkeit der Off-resonance-Raman-Spektren eingegangen.

[1] P. HOHENBERG AND W. KOHN: Phys. Rev. 136, B864 (1964).

[2] W. KOHN AND L. J. SHAM: Phys. Rev. 140, A1133 (1965).

[3] S. BARONI, P. GIANNOZZI, AND A. TESTA: Phys. Rev. Lett. 58, 1861 (1987).

[4] P. GIANNOZZI, S. DE GIRONCOLI, P. PAVONE, AND S. BARONI: Phys. Rev. B 43, 7231
(1991).

[5] S. DE GIRONCOLI: Phys. Rev. B 46, 2412 (1992).