富含缺陷的Ⅲ族氮化物半导体电子结构

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本论文采用第一性原理总能方法研究了缺陷和杂质对钎锌矿Ⅲ族氮化物半导体的电子能带结构的影响,考虑了中性电荷态情况下高浓度的本征缺陷(包括空位,反位)和主要杂质(碳,氧)以及本征缺陷和杂质点缺陷构成的复合缺陷。对于GaN和InN样品的实验结果表明缺陷浓度高达16个原子的超胞中含有一个到两个缺陷原子,我们分别计算了16个原子的超胞中含有一个空位,一个反位缺陷,一个杂质或者一个复合缺陷的电子能带结构。我们的计算结果表明缺陷和杂质对钎锌矿Ⅲ族氮化物半导体的电予能带结构(包括价带的宽度,带隙大小)影响非常明显,并且在带隙中相应得引入了缺陷带或者杂质带。 对于空位情况,价带宽度减小,带隙增大;对于GaN中反位的情况,带隙增大;对于GaN中GaN和AlN中A1<,N>反位的情况,价带宽减小;而对于GaN中N<,Ga>和AlN中N<,Al>反位的情况,价带宽增大;对于C杂质替换Ga和Al原子C<,Ga>C<,Al>来说,价带宽和带隙都增大;对于Ga(或者A1)原子空位和氧杂质替换N原予的复合缺陷来说,价带宽度减小,带隙增大;对于AlN中A1原子和N原子沿着c方向对交换的情况来说,仍然为直接带隙半导体,此结果完全不同于GaN中Ga原子和N原子沿着c方向对交换的情况。由于GaN和A1N中含有缺陷和杂质,带隙中引入杂质带和缺陷带,我们还深入分析了杂质带和缺陷带的宽度以及物理来源。 这里,我们重点计算了GaN和AlN两种氮化物中缺陷和杂质的电子能带结构,含有缺陷和杂质的InN晶体的电子能带结构目前仍在计算中。GaN和AlN两种晶体中缺陷和杂质对于电子能带结构影响的分析对研究InN晶体中缺陷和杂质对电子能带结构影响有着非常重要的理论指导意义。这很有希望能够帮助我们揭开当前InN带隙变化之谜。
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