J. Phys. France 44, 1297-1305 (1983)
DOI: 10.1051/jphys:0198300440110129700

Tight-binding calculation of orbital relaxations and hopping integral modifications around vacancies and antisite defects in GaAs

J. van der Rest¹ et P. Pecheur<sup>2

1</sup>  Institut de Physique B5, Université de Liège, 4000 Sart Tilman, Belgium
²  Laboratoire de Physique du Solide, ENSMIM, Parc de Saurupt, 54042 Nancy, France

Abstract
We study the influence of changes in the tight-binding parameters around point defects in semiconductors and we apply our method to study the various charge states of the vacancies and anti-site defects in GaAs. We take into account the changes in the hopping integrals between two nearest neighbours of a vacancy which arise from the lifting of the orthogonality condition between the orbitals of the removed atom and the orbitals of the neighbouring atoms. We take into account the changes in the hopping integrals between a substitutional defect and its nearest neighbours which arise from the differences between the orbitals of the substitutional defect and the orbitals of the substituted atom. Lastly, we take into account the changes in the energy levels of the nearest neighbours of a defect which arise from the electronic rearrangement around the defect We propose a systematic method to calculate these changes and we investigate their consequences on the electronic structure of the various charge states of the vacancies and anti-site defects in GaAs. We compare our results with other tight-binding calculations where these changes have not been taken into account.

Résumé
Nous étudions l'importance des modifications des paramètres de liaisons fortes autour de défauts ponctuels dans les semi-conducteurs sur la structure électronique de ceux-ci et nous appliquons notre méthode à l'étude des divers états de charge des lacunes et des défauts d'anti-structure dans GaAs. Nous prenons en considération les modifications des intégrales de transfert entre deux atomes premiers voisins d'une lacune, modifications qui proviennent d'une levée de la condition d'orthogonalité entre les orbitales de l'atome qui a été enlevé et les orbitales de ses voisins. Nous prenons également en considération les modifications des intégrales de transfert entre un défaut substitutionnel et ses premiers voisins, modifications qui proviennent des différences entre les orbitales du défaut substitutionnel et les orbitales de l'atome substitué. Enfin, nous prenons en considération les modifications des niveaux d' énergie des premiers voisins d'un défaut, modifications qui proviennent du réarrangement électronique autour du défaut Nous proposons une méthode systématique pour calculer ces modifications et nous étudions leurs effets sur la structure électronique des divers états de charges des lacunes et des défauts d'anti-structure dans GaAs. Nous comparons nos résultats avec d'autres calculs de liaisons fortes dans lesquelles ces modifications ont été négligées.

PACS
6172J - Point defects (vacancies, interstitials, color centers, etc.) and defect clusters.
7155E - III-V semiconductors.

Key words
defect electron energy states -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- point defects -- tight binding calculations -- vacancies crystal