基于DFT+U从头算方法研究高迁移率极性半导体中声子限制电子输运特性

《npj Computational Materials》：Phonon-limited electron mobility in polar semiconductors from first principles: the role of the effective mass

　　

摘要

本文提出了一种全面的从头算研究，系统考察了GaAs、InAs和InSb等高迁移率极性半导体中的声子限制电子输运特性。我们的方法基于DFT+U方法，并结合Wannier插值技术对线性化Boltzmann输运方程进行迭代求解。我们表明，该框架能够对电子能带结构和声子色散进行系统性优化，从而对声子限制的输运特性提供一致的描述。特别是，通过控制Hubbard参数的变化来系统调节导带特性，我们确立了电子有效质量是决定漂移迁移率和霍尔迁移率的关键参数。我们的结果揭示了迁移率对有效质量的明确且系统的依赖性，包括由于能带非抛物性引起的偏离传统幂律行为的偏差。所得迁移率与现有实验趋势以及先前报告的通过计算量大的GW计算或已建立的半经验方法获得的理论值一致。这些发现提供了一个实用的第一性原理框架，用于分析和预测声子限制迁移率趋势，并为能带结构与载流子输运之间的相互作用提供了基本见解，对高迁移率半导体的设计具有重要意义。