Band structure of semiconductor heterostructures doped p-type.

Neste trabalho iremos apresentar a teoria autoconsistente k. p aplicada a heteroestruturas dopadas tipo-p que resolve a Hamiltoniana 6 x 6 de Luttinger-Kohn, generalizada para tratar diferentes materiais, juntamente com a equação de Poisson na representação de ondas planas. A generalização do termo de energia cinética é inserido explicitamente na Hamiltoniana de Luttinger-Kohn levando em conta os efeitos de diferentes materiais, através da inclusão de conjuntos distintos de parâmetros de Luttinger e considerando os elementos adicionais na matriz, da Hamiltoniana de Luttinger-Kohn e que não aparecem naquela para homoestruturas. O método é aplicado ao estudo pioneiro da estrutura de sub-bandas e minibandas de valência de heteroestruturas com dopagem tipo-p envolvendo semicondutores nitretos do grupo-III cúbicos. Heteroestruturas de compostos III-V derivados do GaAs também são estudadas, com o objetivo principal de testar o método generalizado e sua implementação no programa. Especificamente, iremos obter soluções auto consistentes da equação da massa efetiva de multibandas e da equação de Poisson para poços quânticos e super-redes de AlxGa1-xN/GaN e GaN/InxGal-xN na fase cúbica, bem como para heteroestruturas de GaAs/lnxGal-xAs e AlxGa1-xAs/GaAs, variando a concentração de aceitadores, o perfil de dopagem, o período da super-rede e a composição da liga x. Os efeitos de troca-correlação, dentro da aproximação da densidade local, são levados em conta para o gás de buracos bidimensional formado dentro do poço. Analisaremos os efeitos na banda de valência das heteroestruturas quando consideramos diferentes parâmetros de Luttinger (associados a materiais distintos). Mostraremos que para descrever corretamente os sistemas envolvendo nitretos é fundamental incluir a banda de split-ojJ, os efeitos de tensão devidos ao descasamento de parâmetros de rede e os efeitos de troca-correlação. Iremos verificar que quando utilizamos um conjunto de parâmetros adequados que especificam a heteroestrutura, podemos obter uma densidade alta de gás de buracos bidimensional, particularmente para os sistemas de poços quânticos e super-redes baseados nos nitretos. Apresentaremos também comparações de nossos resultados com dados experimentais obtidos de fotoluminescência para sistemas de GaN/InxGal_xN e de fotoluminescência e absorção para AlxGal-xAs/InxGal-xAs observando um bom acordo e mostrando que este trabalho serve como um guia para futuras experiências.In this work we present a self-consistent k p theory of p-doped semiconductor heterostructures whích solves the full six-band Luttinger-Kohn Hamiltonian, generalized to treat different materials, in conjunction with the Poisson equation in a plane-wave representation. The generalization of the kinetic energy term is performed by taking into account explicitly in the Luttinger-Kohn Hamiltonian the effects of different materials through the inclusion of distinct sets of Luttinger parameters and by considering the corresponding additional Luttinger-Kohn matrix elements, not present in the one-material based homostructures. The method is applied to the pioneering study of the valence sub-bands and minibands structures of p-type doped heterostructures involving cubic nítride semiconductors of the group-III. Heterostructures of I III-V compounds derived from GaAs are also studied, with the main aím of testing the generalized method and its implementation in the programo Self-consistent solutions of the multiband effectivemass-Poisson equations are obtained for several AlxGa1-xN/GaN and GaN/InxGa1-xN quantum wells and superlattices in the cubic phase, as well as for GaAs/InxGa1-xAs and AlxGa1-xAs/GaAs heterostructures, in which acceptor doping concentration and its profile, SL period, and the alloy content x are varied. Exchange-correlation effects within the formed two-dimensional hole gas are taken into account in the local density approximation. The role played by the use of different Luttinger parameters (associated with the distinct materials) in the hole bands of the heterostructures is analyzed. The inclusion of the spin-orbit split-off band and strain, as well as the exchange-correlation effects are shown to be fundamental for the correct description of the systems. Particularly for the nitride-derived quantum wells and superlattices, it is shown that high-density twodimensional hole gases can be formed if adequate design parameters are employed. We also compare our results with the experimental data obtained from photoluminescence spectra for the GaN/InxGa1-xN and photoluminescence and absorption spectra for the AlxGal-xAs/InxGal-xAs, observing a good agreement and showing that this work can be used as a guide for future experiments