Спин-поляризованный расчет электронной структуры примесей переходных элементов в полупроводниках. Хром в арсениде и фосфиде галлия

А. Э. Васильев, Н. П. Ильин, В. Ф. Мастеров


Аннотация: Изложены результаты самосогласованного расчета электронных состояний примесного центра хрома в GaAs и GaP с использованием метода функции Грина, включающего локальное межэлектронное взаимодействие на узле, занятом переходным элементом. Исследована зависимость зарядовых и спиновых состояний хрома от числа «активных» электронов, заполняющих уровни в запрещенной зоне. Эффективный заряд центра стабилен и равен приблизительно $+1.1\,e$ (с учетом гибридизации как $3d$-, так и $4s$-орбиталей хрома). В одноэлектронном спектре примесного центра присутствуют уровни трех типов: резонансные (в валентной зоне для $d$-электронов со спином «вверх» и в зоне проводимости для $d$-электронов со спином «вниз»), квазимолекулярные, волновые функции которых имеют заметную амплитуду на орбиталях хрома и ближайших соседей (именно эти уровни заняты «активными» электронами), и квазизонные, волновые функции которых делокализованы по кристаллу. Получено хорошее согласие с экспериментом для энергий «внутрицентровых» переходов, рассчитанных с использованием теоремы Слэтера$-$Янека. Объяснено отсутствие экспериментальных данных по внутрицентровому переходу для GaP$\langle\text{Cr}^{3+}\rangle$. Проанализированы причины расхождений с экспериментальными результатами, в частности, для оптических переходов.