Thermodynamic properties of in1-xbxp semiconducting alloys: a first-principles study

Abstract

We have carried out first-principles total-energy calculations in order to study the electronic structure and thermodynamic properties of In 1-xBxP semiconducting alloys using the GGA and LDA formalisms within density functional theory (DFT) with a plane-wave ultrasoft pseudopotential scheme. We have also taken into account the correlation effects of the 3d-In orbitals within the LDA+U method to calculate the band-gap energy. We use special quasirandom structures to investigate the effect of the substituent concentration on structural parameter, band gap energy, mixing enthalpy and phase diagram of In1-xBxP alloys for x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1. It is found that the lattice parameters of the In 1-xBxP alloys decrease with B-concentration, showing a negative deviation from Vegard's law, while the bulk modulus increases with composition x, showing a large deviation from the linear concentration dependence (LCD). The calculated band structure presents a similar behavior for any B-composition using LDA, PBE or LDA+U approach. Our results predict that the band-gap shows a x-dependent nonlinear behavior. Calculated band gaps also shows a transition from (Γ→Γ)-direct to (Γ→Δ)- indirect at x = 0.611 and 0.566 for LDA and PBE functionals, respectively. Our calculations predict that the In1-xBxP alloy to be stable at unusual high temperature for both LDA and PBE potentials. © 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hemos llevado a cabo cálculos de energía total de primeros principios para estudiar el Estructura electrónica y propiedades termodinámicas del semiconductor In 1-xBxP. aleaciones que utilizan los formalismos GGA y LDA dentro de la teoría funcional de la densidad (DFT) Con un esquema pseudopotencial ultrasoft de onda plana. También hemos tomado en cuenta los efectos de correlación de los orbitales 3d-In dentro del método LDA + U para calcular la energía de la brecha de banda. Usamos estructuras especiales cuasir aleatorias para investigar el efecto de la concentración de sustituyentes en el parámetro estructural, banda energía de separación, mezcla de entalpía y diagrama de fase de las aleaciones In1-xBxP para x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 y 1. Se encuentra que los parámetros de red de las aleaciones In 1-xBxP disminuye con la concentración de B, mostrando una desviación negativa de la ley de Vegard, mientras que el módulo de volumen aumenta con la composición x, mostrando una gran desviación De la dependencia de la concentración lineal (LCD). La estructura de la banda calculada. presenta un comportamiento similar para cualquier composición B utilizando LDA, PBE o LDA + U enfoque. Nuestros resultados predicen que la brecha de banda muestra una no lineal dependiente de x comportamiento. Las brechas de banda calculadas también muestran una transición de (Γ → Γ) -directa a (Γ → Δ) - indirecto en x = 0.611 y 0.566 para las funciones LDA y PBE, respectivamente. Nuestros cálculos predicen que la aleación In1-xBxP se mantendrá estable en niveles inusuales Temperatura tanto para potenciales LDA como para PBE. © 2014 Elsevier B.V. Todos los derechos. reservado.