Elektronische und optische Eigenschaften von Gruppe-III-Nitriden: Kombinierte theoretische und experimentelle Untersuchungen

Theoretische und experimentelle Untersuchungen werden kombiniert um zu einem tieferen Verständnis der strukturellen, optischen und Bandstruktureigenschaften der Gruppe-III-Nitride in hexagonaler und kubischer Struktur zu gelangen. Der Fokus liegt auf den ternären und quaternären Legierungen. Ellipsometrie der Magdeburger Gruppe liefert die dielektrischen Funktionen vom nahen infraroten bis in den vakuumultravioletten Spektralbereich für unterschiedlichste Zusammensetzungen und die Übergangsenergien im Bereich kritischer Punkte der Bandstruktur; aus der Photoelektronen-spektroskopie werden die Valenzbandzustandsdichten extrahiert. Die für die Interpretation notwendigen Theorieergebnisse werden durch den indischen Partner bereitgestellt. Sie beruhen auf Dichtefunktionaltheorie in der von Engel-Vosko korrigierten generalisierten Gradientenapproximation für Austausch und Korrelation und umfassen Gitterparameter, Quasiteilchen-Bandstruktur, Zustandsdichte und die dielektrische Funktion in der Einteilchen-Näherung. Die zusätzliche Einbeziehung von Elektron-Loch-Korrelation liefert die exzitonische DF zum Vergleich mit den experimentellen Daten und gestattet die Zuordnung der kritischen Punkte zur Bandstruktur. Die Erweiterung der Superzellgröße auf 64-Atome wird die Genauigkeit der Berechnungen weiter erhöhen.

Electronic and optical properties of group-III nitride alloys: A combined theoretical and experimental study

Theoretical and experimental studies will be combined in order to get a better understanding of the structural, band structure and optical properties of group-III nitrides in the hexagonal and cubic crystal structure. The project focuses on the ternary and quaternary alloy systems. Ellipsometry by the group of Magdeburg provides the dielectric functions from the near infrared into the ultraviolet spectral region obtained by ellipsometry for various compositions, characteristic transition energies related to critical points of the band structure as well as the valence band density of states extracted from photoelectron spectroscopy measurements. The theory results needed for the interpretation will be provided by the group of India. Density functional theory in the Engel-Vosko’s corrected generalized gradient approximation for exchange and correlation combined with GW perturbation calculations yields the lattice parameters, excited states band structure, density of state, and the quasi-independent dielectric function. The inclusion of electron-hole interaction leads finally to the excitonic DF to be compared with the experimental data and allowing critical point assignment. The increase of the supercell to 64-atom allows to enhance the reliability of the theory results.