掺铝砷化镓光电特性的密度泛函理论研究

发布时间：2021-10-20 01:04

　　半导体材料技术是电子与微电子技术产业的核心,从20世纪开始,随着电子学和微电子技术的飞速发展,半导体材料技术也进步迅速。其中GaAs是备受关注的一种半导体材料,它的光电特性优越、应用也非常广泛。在半导体制造工艺迅速发展的同时,研究人员发现了一种改变材料特性的方法,用不同的掺杂方法对原材料进行不同杂质的掺杂,获得性能独特的半导体材料。本文根据量子力学的第一性原理（First-Principles）,利用密度泛函理论（DFT）计算方法,对Al替位掺杂GaAs材料(Al_xGa_1-xAs)的特性进行了研究,得到以下结果:（1）计算分析了Al组分分别为3.13%、6.25%、12.5%时对Al_xGa_1-xAs材料的电子结构和能带的影响,结果表明:掺杂Al后,引入杂质能级,使得Al掺杂砷化镓材料禁带宽度减小,Al组分为3.13%、6.25%及12.5%体系的禁带宽度分别0.63eV、0.68eV、0.73eV,且均小于本征GaAs的禁带宽度,但掺杂材料仍是直接带隙半导体。随着Al组分升高,能级杂化程度增大,Al... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 前言
    1.2 研究背景及意义
    1.3 砷化镓的材料特性
        1.3.1 晶体结构
        1.3.2 基本性质
    1.4 研究进展与现状
    1.5 选题根据与研究方案
        1.5.1 选题依据
        1.5.2 研究内容与结构安排
2 研究理论及方法
    2.1 材料计算与设计
    2.2 First-Principles
    2.3 Density Functional Theory
        2.3.1 H-K定理
        2.3.2 K-S方程
    2.4 Materials Studio
    2.5 Vienna Ab-initio Simulation Package
    2.6 模型构建及计算方法
    2.7 本章小结
3 Al组分不同对材料特性的影响
    3.1 模型结构
    3.2 电子结构
    3.3 光学特性
        3.3.1 复介电函数
        3.3.2 吸收系数与折射率
        3.3.3 反射率、能量损失谱和消光系数
    3.4 本章结论
4 掺杂位置对材料特性的影响
    4.1 Al组分为3.13%时不同掺杂位置的材料特性
        4.1.1 模型结构
        4.1.2 电子结构
        4.1.3 光学性质
            4.1.3.1 复介电函数
            4.1.3.2 吸收系数和折射率
            4.1.3.3 反射率、能量损失谱和消光系数
        4.1.4 结论
    4.2 Al组分为6.25%时不同掺杂位置的材料特性
        4.2.1 模型结构
        4.2.2 电子结构
        4.2.3 光学性质
            4.2.3.1 复介电常数
            4.2.3.2 吸收系数与折射率
            4.2.3.3 反射率、能量损失谱和消光系数
        4.2.4 结论
    4.3 Al组分为12.5%时不同掺杂位置的材料特性
        4.3.1 模型结构
        4.3.2 电子结构
        4.3.3 光学性质
            4.3.3.1 复介电常数
            4.3.3.2 吸收系数与折射率
            4.3.3.3 反射率、能量损失谱和消光系数
        4.3.4 结论
    4.4 不同组分,不同位置对Al掺杂GaAs特性的影响
        4.4.1 电子结构
        4.4.2 光学性质
    4.5 本章总结
5 总结与展望
    5.1 本文研究工作总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间主要研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn掺杂GaAs稀磁半导体的第一性原理研究[J]. 张云丽,杨建国,朱自强,周小东,巫洪章,谭明秋.  周口师范学院学报. 2015(02)
[2]碲和镁掺杂的新型GaAs隧道结的MBE生长与器件特性[J]. 甘兴源,郑新和,吴渊渊,王海啸,王乃明.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(05)
[3]Pr替位式掺杂GaAs光电性能的第一性原理研究[J]. 李聪,孙霄霄,于淼,付斯年.  牡丹江教育学院学报. 2014(04)
[4]温度与外磁场对Si均匀掺杂的GaAs量子阱电子态结构的影响[J]. 杨双波.  物理学报. 2014(05)
[5]GaAs掺杂3d过渡族金属材料的局域电子结构和磁性[J]. 蔺何,段海明.  中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2008(05)

博士论文
[1]半绝缘砷化镓（SI-GaAs）单晶中的杂质与缺陷[D]. 孙卫忠.河北工业大学 2006
[2]第三代像增强器研究[D]. 李晓峰.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001

硕士论文
[1]铜掺杂砷化镓材料特性的第一性原理研究[D]. 张进龙.西安理工大学 2017
[2]变组分AlxGa1-xAs/GaAs光电发射材料研究[D]. 江少涛.东华理工大学 2015
[3]掺杂N对GaAs电子、光学和磁学性质影响第一性原理研究[D]. 黄瑞琪.郑州大学 2015
[4]GaAs1-xBix的电子结构及光学性质理论研究[D]. 丁路.北京邮电大学 2014
[5]过渡金属V、Cr、Mn掺杂纳孔结构AlN半金属性的第一性原理研究[D]. 李淑慧.重庆大学 2013
[6]掺杂GaAs电子结构和光学性质的理论研究[D]. 宿磊.大连理工大学 2012
[7]GaAlAs/GaAs光阴极组件材料机理研究[D]. 瞿文婷.南京理工大学 2012
[8]Cu掺杂GaN基稀磁半导体的第一性原理研究[D]. 杨琴.华东师范大学 2011
[9]高压下GaAs，GaN和MgO物性的第一性原理计算[D]. 逯来玉.四川大学 2006



本文编号：3445945