GaN掺杂第一性原理研究

发布时间：2019-11-02 17:50

【摘要】：近年来,因为宽带隙半导体材料在短波发光二极管、高频器件、激光器和紫外线探测器等方面的潜在的应用价值引起了人们的广泛关注。其中,氮化镓(GaN)发光材料具有禁带宽度大、电子漂移速度快、抗腐蚀性强和耐高温等优点,在紫光与蓝光波段的应用十分广泛。GaN发光二极管具有功耗低、体积小、寿命长等优点,显现出了巨大的应用价值。掺杂作为一种有效的改善半导体材料性质的方法,被广泛的应用于半导体材料的研究和制造中。本文利用第一性原理密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法,对立方闪锌矿GaN、GaN(110)晶面以及Zn、Ti、Se、Ti-Se掺杂体系进行了计算研究,对它们的电子结构和光学性质进行了系统的研究。首先,论文介绍了GaN材料的物理性质、研究进展状况以及第一性原理基本的理论基础。对所要计算的体系进行了结构的优化,得到了与实验值符合较好的晶格常数,这样保证了计算的合理性。其次,计算了Zn、Ti、Se、Ti-Se的掺入对GaN、GaN(110)晶面电子结构和光学性质的影响,并对计算的结果进行了分析。通过对计算所得结果的分析,可以得出以下的结论:首先,掺杂使被掺杂晶体结构的晶格出现了一定程度的畸变,使晶格常数增大,尤其是Se的掺入对晶格结构有着巨大的影响,造成的畸变程度很大。其次,两种结构在掺杂后禁带宽度出现了一定程度的减小,减小的程度主要是由引入的杂质能级和所引起的轨道杂化作用决定的,禁带宽度的减小提升了电子的跃迁能力。最后,通过杂质的掺入可以使材料的光吸收性质发生改变,掺杂体材料和掺杂表面材料表现出不同的光吸收特性,尤其是共掺杂情况下更为明显,对材料的研究与应用具有一定的参考意义。
【图文】：

晶体结构,岩盐矿,闪锌矿,晶相

GaN 的亚稳态相。从图 1 可以看出，在六角和立方相中 Ga 位置具有正在 NaCl 相中具有八面体配位。不同的配位环境产生不同的分子轨道激发和发射，因此产生不同的发光峰位。三种晶相的 GaN 的晶体参 1 和 2 所示。每个晶相中的 Ga 和 N 各有一种晶格位置。

整体方案,步骤,超晶胞,最后分析

、电子的态密度和材料的光学性质；最后分析所得到的结果。在计算建立的超晶胞结构中截出所需要计算的表面，，再在表面的上方加上一模拟表面。实验整体方案如图 2 所示
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN304.2

【参考文献】