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Elektronenstrukturberechnungen in GaAs mit einer optimierten Hybridfunktional

Betreuer: Prof. Dr. P. Deák; Dr. Michael Lorke

Die Anwendung der Dichtefunktionaltheorie in Elektronenstrukturrechnungen hat wesentlich zum Verständnis beigetragen, wie Kristalldefekte die funktionalen Eigenschaften von Halbleitern beeinflussen. Die Genauigkeit und Aussagekraft der Theorie ist jedoch von Problemen der Standardnäherungen eingeschränkt, da weder die Breite der Bandlücke, noch die genaue Elektronenstruktur von Defekten reproduziert werden können. Letzter Zeit werden deshalb für die Austauschwechselwirkung sog. abgeschirmte Hybridfunktionale (anstatt der üblichen lokalen oder semilokalen Austauschfunktionale) benutzt. Ein solches Funktional ist das semi-empirische HSE-Funktional mit zwei freien Parametern, die so eingestellt wurden, dass die Grundzustandseigenschaften und die Bandlücken in möglichst vielen Halbleitern gut reproduziert werden können. Das hilft allerdings nicht immer um Defektniveaus in der Bandlücke quantitativ zu bestimmen. Aktuelle Forschungsergebnisse im BCCMS haben gezeigt, dass die Anwendung eines zusätzlichen theoretischen Kriteriums bei der Wahl der Parameter (das stückweise lineares Verhalten der Gesamtenergie als Funktion der Besetzungszahl) das Problem zumindest materialspezifisch lösen kann. Zur Zeit wird untersucht, wie diese Idee für eine Gruppe von verwandten Verbindungshalbleitern verallgemeinert werden könnte.

Der erste, in Mikro- und Optoelektornik eingesetzte Ga-basierte Halbleiter war GaAs. Eine mehr-oder-weniger noch immer offene Frage ist die Zuweisung der experimentell ermittelten sog. E1-E2 Zentren zu spezifischen Defekten. Sowohl eine Arsen-Vakanz wie auch eine Ga-As Doppelvakanz wurden vorgeschlagen. Die Aufgabe der Bachelorarbeit ist die Berechnung der elektrischen Umladungsniveaus dieser Defekten mit der optimierten HSE-Funktional, und der Vergleich mit den experimentellen Daten. Dazu muss die Benutzung eines allgemein verwendeten Elektronenstrukturprogramms (VASP), und die Modellierung von Kristalldefekten erlernt werden. Der Kandidat wird die praktische Anwendung der Elektronenstrukturtheorie aneignen und spezielle Kenntnisse in Halbleiterphysik erwerben.