GaN基LED欧姆接触的第一性原理研究与设计

发布时间：2020-07-27 16:03

【摘要】：牺牲Ni退火实验由南昌大学江风益教授课题组在研制GaN基蓝色发光二极管(该成果获2015年国家技术发明一等奖)时提出,该实验解决了长久以来无法同时获得高反射和低阻挡的Ag基欧姆接触的矛盾。本文工作旨在从理论上进一步解释这一重要的实验现象,本文采用密度泛函理论的第一性原理赝势方法发现界面缺陷可以降低Ag(111)/GaN(0001)界面的势垒高度,从电子和原子层面上揭示了缺陷调制界面欧姆接触的机理,并进一步提出了一种低阻高稳定的欧姆接触实验设计方案。归纳起来主要有:利用第一性原理赝势方法,建立了和实验高度一致的Ag(111)/GaN(0001)金属半导体界面模型,并运用宏观平均静电势法对其势垒高度进行了计算。计算结果为完整界面的势垒高度是2.221 eV,这和在Ag/p-GaN界面用I-V-T方法测量值1.9 eV吻合;含Ga空位界面为2.067 eV;含Ni杂质界面为0.857 eV;同时含Ni杂质和Ga空位界面为0.375 eV。计算发现缺陷可以调制界面肖特基势垒高度,该结论和牺牲Ni退火实验吻合。利用第一性原理赝势方法,分析了完整和缺陷Ag(111)/GaN(0001)界面的电子结构,计算发现缺陷界面区域有明显电子的集聚,并且界面的费米能级处于未钉扎状态。基于界面组成对肖特基势垒高度影响的机理,进一步研究了常用的p型电极金属(Al、Cu、Au、Pt、Pd、Ti)掺杂到Ag(111)/GaN(0001)界面的势垒高度。结果发现Cu_(Ag)界面表现出和Ni_(Ag)界面相同的让势垒高度降低的性质。我们创新地提出了牺牲Cu退火实验方案,为实验上实现高质量的Ag基欧姆接触提供了设计思路和理论依据。
【学位授予单位】：江西科技师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304;O614.371
【图文】：

原子个数为24个Ag原子的Ag(111)超晶胞模型

第三章 Ag(111)/GaN(0001)界面的建立及稳定性分析密度，该非局域的态密度对金属导电性起到决定性的作用。从图 3.2(b)，(c)，(d)中可以看出，s，p，d 电子都在费米能级处有一定态密度，它们都对体系的导电性能和费米面的形成有着贡献。同时在费米能级处有态密度的出现也是区分金属和非金属的标志。对于导体而言能带要处于半满态才可以导电，反应在能带结构上就是在费米能级附近的非局域态密度。

1 2 3 2 12 3 1 22 2 2 1 3( ) ( )32 22 2 2( )3b a a e eab a a ea （3.6）这里3 2 1 a ( a a) 是晶体原胞体积（注意3a 不是真实 Ag 面心立方晶体的个基矢，这只是一种设想的晶体）。由1b 和2b 确定的二维六角点阵，它的布区是正六边形，如图 3.3（a）所示，称为表面布里渊区或二维布里渊区，我是选取 Ag(111)二维布里渊区中特殊 k 点进行了能带计算。相应的能带结构结果如图 3.3（b）所示。从图 3.3（b）中可知，费米能级穿过了能带，说明了 Ag 作为导体的特征。作为导体的另一方面，需要费米能级和较宽的能带相交，电子在费米能级附更容易导电，从图中看出费米能级和能带相交的宽度较大，并且和 3.2.1 计 Ag(111)态密度相吻合，没有尖锐的态密度在费米能级附近出现。因此，Ag作为 GaN 基欧姆接触的电极使用，除了已有研究表明很好的反射率以外[32]，导电性能也是极好的。

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本文编号：2772059