III-V族半導体はダイオードなどの発光デバイスの材料として使用されるため、第一原理計算から光学特性を予測することは有用です。
III-V族半導体はダイオードなどの発光デバイスの材料として使用されるため、第一原理計算から光学特性を予測することは有用です。ここでは、III-V族半導体であるSiとGaAsの誘電関数を第一原理計算を用いて計算する方法を説明します。 吸収スペクトル、誘電率、反射率などの光学特性を評価することもできます 誘電関数から。
材料のインポート画面で物質名SiとGaAsを検索すると、必要な結晶構造を簡単に得ることができます（図1、図2）。
電子誘電関数は、クアンタム・エスプレッソの誘電関数計算関数であるepsilon.xを用いて計算されます。表1は、epsilon.xで誘電関数を計算するための計算条件を示しています。
図3と図4は、誘電関数の虚数部の計算結果を示しています。誘電関数の虚数部は吸収スペクトルに対応します。シザー近似を行うことで、スペクトルの吸収位置が実験結果に近づいていることが確認できます。
また、図5と図6は誘電関数の実数部の計算結果を示しています。誘電率は、光子エネルギーが0の場合の誘電関数の値から評価できます。表4は誘電率の計算結果です。誘電関数の形状 (ピーク位置など) は、シザー近似を行うことで実験結果に近くなります。一方、誘電関数の値は、Siではシザー近似によって改善されたが、GaAsでは改善されなかった。
次に、図7と図8に反射率の計算結果を示します。シザー近似を行うと、反射率の形状 (ピーク位置など) が実験結果に近づいていることが確認できます。Siの場合、シザー近似を行うと反射率が実験結果に近くなりました。
表5は、Quantum Espressoのepsilon.xで電子誘電関数を計算するためのワークフロー（図9）と詳細情報を示しています。
さらに、mk_graphフロー中のエネルギーの下限と上限を入力することで、グラフ出力のエネルギー範囲を設定できます（図10）。
図 10 グラフ描画実行フロー mk_graph のエネルギー範囲入力欄
Eminはエネルギー下限値に対応し、Emaxはエネルギー上限値（eV単位）に対応します
電子誘電機能のワークフローについては、銀行から「電子誘電機能 (QE6.3)」を入手して利用してください。
最後に、この計算を実行するために必要な計算時間とコストを表6に示します。
表6 電子誘電関数計算の計算時間とコスト (セービングノードを使用)
オリジナルソース: https://ctc-mi-solution.com/iii-v半導体の光学特性の解析/
