С использованием методов теории функционала плотности выполнены расчеты электронной зонной структуры слоистого полупроводника GaTe гексагональной модификации. Структурные параметры объ-емного кристалла с симметрией β-политипа определены с учетом ван-дер-ваальсовых взаимодействий и согласуются с экспериментальными данными для поликристаллических пленок в пределах 2%. Получены оценки положения экстремумов верхней валентной зоны и нижней зоны проводимости относительно уровня вакуума для объемного β-GaTe и для ультратонких пластин с числом элементарных слоев от 1 до 10, что соответствует диапазону толщины 0.5−8 nm. Расчеты показывают, что гексагональный GaTe является непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны, варьирующейся от 0.8 eV в объемном материале до 2.3 eV в монослое.
ВведениеТеллурид галлия (GaTe) относится к семейству слои-стых кристаллов A III B VI , перспективных для использова-ния в нелинейной оптике и оптоэлектронике. В отличие от слоистых сульфида и селенида галлия, имеющих гексагональную симметрию (наиболее общими полити-пами являются β-GaS и ε-GaSe с идентичными по своей структуре слоями), объемные кристаллы теллурида гал-лия кристаллизуются преимущественно в моноклинной сингонии (m-GaTe с пространственной группой B2/m). По своим электронным свойствам соединение m-GaTe является прямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны около 1.7 eV при комнатной темпе-ратуре [1]. Намеренно нелегированные образцы GaTe, а также GaSe и их твердые растворы как правило демонстрируют проводимость p-типа [2], что можно связать с положением уровня зарядовой нейтральности в нижней половине запрещенной щели [3,4].Выполненные в последние годы исследования нано-слоев GaTe показали их высокую фоточувствительность и перспективность использования в качестве компо-нентов квазидвумерных (2D) ван-дер-ваальсовых гетеро-структур [5,6], в которых различные по своему составу 2D слои располагаются друг над другом в требуемой последовательности с целью управления физическими свойствами и повышения производительности электрон-ных устройств [7].Возможность получения тонких пленок GaTe в гекса-гональной фазе (β-GaTe) была впервые показана в [8], где был также обнаружен переход β-GaTe → m-GaTe при отжиге образца, позднее наблюдавшийся в [9]. В рабо-те [10] методом вертикальной зонной плавки под высо-ким давлением инертного газа были выращены крупные монокристаллы β-GaTe и дана оценка их механических и оптических свойств. В работе [11] показано, что ультратонкие пластинки GaTe с числом слоев от 1 до 3, полученные методом микромеханического расслоения объемного кристалла m-GaTe, испытывают спонтанный переход в гексагональную фазу. Использование подлож-ки GaAs (001) позволило в [12] вырастить методом молекулярно-пучковой эпитаксии гексагональные слои GaTe толщиной до ∼ 90 nm.Опубликованные в литературе теоретические иссле-дования гексагонального GaTe преимущественно фоку-сируются на рассмотрении характеристик единичного тетраслоя этого соединения (например, [13]). Целью настоящей работы является изучение влияния кванто...