混合QM/MM嵌入团簇法对氮化镓中缺陷的研究

发布时间：2024-01-28 09:14

　　GaN是一种典型的宽禁带半导体,一直是凝聚态物理和材料物理研究的重点。GaN通过掺杂可实现n型或p型导电,以及不同波段包括可见光和紫外光范围的光致发光,因此广泛应用于发光二极管和激光二极管等领域,具有巨大的科学和应用价值。GaN的半导体行为和光电响应往往由点缺陷的相关过程决定。尽管经过了多年的理论和实验研究,学术界对这些点缺陷过程的理解仍然存在很多争议。理论计算描述半导体中带电缺陷的主要困难是如何统一地确定不同缺陷能级的位置,而这一点很难用惯用的超胞方法计算得出。另外,介电材料中的带电缺陷会通过长程力产生极化作用,这一作用对缺陷的模拟结果有很大影响。本论文使用混合量子力学/分子力学(QM/MM)嵌入团簇法,可以直接计算所有缺陷态的静电势的公共零点,并且善于描述晶体中局部电荷引起的极化,有利于研究半导体中的缺陷。利用这种方法,本文研究了未掺杂或n型掺杂GaN中的电学和发光性质。半导体中浅能级缺陷的计算一直是一个难点,GaN的n型杂质Si和O的计算就存在这样的问题。许多光谱学的实验表明,Si和O掺杂会在GaN中引入浅的缺陷能级从而束缚载流子。然而,在以往有限数量的计算研究中并未考虑这样的缺...

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【学位级别】：博士

图1-1.GaN纤锌矿晶体结构示意图,黄色球为N原子，灰色球为Ga原子Fig1-1.GaNwurtzitecrystalstructure.LargeyellowballsarenitrogenatomsandsmallgreyballsareGaatoms.（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wurtzitepolyhedra.png）

图1-2低温(2K)时(a)未掺杂的GaN层(b)两个掺杂Si的GaN层(c)两个掺杂O的GaN层的光致发光(PL)谱，图中标出了施主的浓度[20]

图1-3富Ga条件下GaN中一些缺陷的形成能[36]

图1-4富N条件下GaN中SiGa和ON的形成能相对于费米能级的函数，阴影区域是CBM以上[37]

本文编号：3887485