Propriété Electroniques et Optiques des Hétérostructures semi-conductrices pour des Applications Optoélectroniques

Abstract

Ce travail s’articule autour de l’étude des propriétés structurales et optoélectroniques de l’alliage de bismuth InSb1-xBixavec le formalisme de la fonctionnelle de la densité (DFT) en utilisant la méthode FP-LAPW (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave) en se basant sur les approximations suivantes : WC-GGA pour le calcul des propriétés structurales, TB-mBJ pour le calcul des propriétés optoélectroniques, (Lasers, LED….) pour une longueur d’onde moyenne et lointaine. Dans le premier chapitre de ce travail, nous présentons des notions fondamentales sur les alliages III-V, un deuxième chapitre, nous donnons des définitions des alliages III-V à base de Bi et leurs propriétés structurales, électroniques et optiques, pour cette raison ce type d’alliage a des utilisations variées dans plusieurs domaines dont le plus important : les LED à semi-conducteurs à puits quantiques. Dans la première partie du chapitre III, nous avons présenté les méthodes utilisée pour le calcul des propriétés structurales et optoélectroniques des alliages III-V généralement et III-V-Bi particulièrement (InSb1-xBix), puis nous avons obtenu les résultats nécessaires concernant l’étude des propriétés pour le bismuth dilué InSb1-xBix pour des concentrations 0x0,125. Le paramètre de maille a augmenté quasi-linéairement pour InSb1-xBix pour des faibles quantité de Bi basées sur le calcul d’énergie de formation, nous montrons la stabilité thermodynamique de cet alliage InSb1-xBixqui entraine une réduction importante de Bi ~ 264 meV jusqu’à composition de 0,125 couvrent les longueurs d’ondes moyenne et lointaine de spectre IR ~3,4‒12,5 m. D’après l’analyse de la densité d’état ; une réduction de bande interdite dans InSb1-xBix peut être expliqué à la fois par le mouvement ascendant de bande de valence induit par l’interaction de résonance des états Bi-6p au sommet de bande de valence et par les mouvements vers le bas de In-s et Sb/Bi-p états sur bande de conduction. Une transition semiconducteur semimétal dans InSb1-xBix à x ~ 0,137 est attendue. Les propriétés optiques sont obtenues par les fonctions diélectriques (ε1, ε2), l’indice de réfraction n, la réflectivité R, coefficient d’extinction k et le coefficient absorption α sont calculé pour un photon d’énergie 0-8 eV et comparé avec les données expérimentales. Les structures énergétiques pointues apparaissent dans divers spectres optiques associés aux transitions inter-bandes depuis les orbitales In-s, Sb-p et Bi-p occupées situées à BVmax vers les états In-s/p, Sb-p et Bi-p inoccupés situés à CBmin. Une bonne absorbance dans la gamme ultraviolette est observée, ce qui est utile pour la conception de cellules solaires. L’alliage InSb1−xBix/InSb est un candidat attrayant pour la réalisation de sources électroluminescentes et de photo détecteurs hautement efficaces fonctionnant dans la plage spectrale infrarouge à grande longueur d’onde (LWIR8 m). Dans la deuxième partie du chapitre III, à l’aide la même méthode, nous avons étudié les propriétés structurales et optoélectroniques de l’alliage quaternaire InSb0,8125As0,0625Bi0,125 sur substrat InSb à tavers les approximations GGA et mBJ. Nous avons obtenu des résultats importants qui nous permettent de développer et de fabriquer ces composés dans la gamme ultraviolette