基于第一性原理的纤锌矿相InAs和InP实用多带k.p方法及其自旋轨道耦合效应

基于非氮化物III-V化合物的半导体纳米线可在特定生长条件下合成，以促进纤锌矿晶相的出现。尽管文献中有这些纤锌矿化合物的第一性原理能带结构报道，我们仍缺乏有效的多带模型和参数集，可简单用于研究此类体系的物理性质，例如在量子限制效应下。为解决此不足，本研究计算了块体InAs和InP纤锌矿相的第一性原理能带结构，并发展了8$\times$8 k.p哈密顿量来描述$\Gamma$点附近的能带。我们展示我们的k.p模型是稳健的，并可拟合以描述第一性原理能带结构的重要特征。由于纤锌矿晶体缺乏反演对称性而产生的自旋分裂效应的正确描述，由哈密顿量中$k$-依赖的自旋轨道项获得，该项常在文献中被忽略。所有能带都显示出面内自旋期望值的Rashba类自旋纹理。我们还提供了态密度和载流子密度作为费米能量的函数。或者，我们给出了导带在$\Gamma$点附近的解析描述。相同的拟合程序应用于6$\times$6价带哈密顿量。然而，我们发现最可靠的方法是两种化合物的8$\times$8 k.p哈密顿量。我们在本文中发展的k.p哈密顿量和参数集提供了一个可靠的理论框架，可容易地应用于研究基于InAs和InP的纳米结构的电子、输运、光学和自旋性质。