【摘要】：近年來,因為寬帶隙半導體材料在短波發(fā)光二極管、高頻器件、激光器和紫外線探測器等方面的潛在的應用價值引起了人們的廣泛關注。其中,氮化鎵(GaN)發(fā)光材料具有禁帶寬度大、電子漂移速度快、抗腐蝕性強和耐高溫等優(yōu)點,在紫光與藍光波段的應用十分廣泛。GaN發(fā)光二極管具有功耗低、體積小、壽命長等優(yōu)點,顯現出了巨大的應用價值。摻雜作為一種有效的改善半導體材料性質的方法,被廣泛的應用于半導體材料的研究和制造中。本文利用第一性原理密度泛函理論(DFT)的廣義梯度近似(GGA)方法,對立方閃鋅礦GaN、GaN(110)晶面以及Zn、Ti、Se、Ti-Se摻雜體系進行了計算研究,對它們的電子結構和光學性質進行了系統(tǒng)的研究。首先,論文介紹了GaN材料的物理性質、研究進展狀況以及第一性原理基本的理論基礎。對所要計算的體系進行了結構的優(yōu)化,得到了與實驗值符合較好的晶格常數,這樣保證了計算的合理性。其次,計算了Zn、Ti、Se、Ti-Se的摻入對GaN、GaN(110)晶面電子結構和光學性質的影響,并對計算的結果進行了分析。通過對計算所得結果的分析,可以得出以下的結論:首先,摻雜使被摻雜晶體結構的晶格出現了一定程度的畸變,使晶格常數增大,尤其是Se的摻入對晶格結構有著巨大的影響,造成的畸變程度很大。其次,兩種結構在摻雜后禁帶寬度出現了一定程度的減小,減小的程度主要是由引入的雜質能級和所引起的軌道雜化作用決定的,禁帶寬度的減小提升了電子的躍遷能力。最后,通過雜質的摻入可以使材料的光吸收性質發(fā)生改變,摻雜體材料和摻雜表面材料表現出不同的光吸收特性,尤其是共摻雜情況下更為明顯,對材料的研究與應用具有一定的參考意義。
【圖文】：

GaN 的亞穩(wěn)態(tài)相。從圖 1 可以看出，在六角和立方相中 Ga 位置具有正在 NaCl 相中具有八面體配位。不同的配位環(huán)境產生不同的分子軌道激發(fā)和發(fā)射，因此產生不同的發(fā)光峰位。三種晶相的 GaN 的晶體參 1 和 2 所示。每個晶相中的 Ga 和 N 各有一種晶格位置。

、電子的態(tài)密度和材料的光學性質；最后分析所得到的結果。在計算建立的超晶胞結構中截出所需要計算的表面，，再在表面的上方加上一模擬表面。實驗整體方案如圖 2 所示
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN304.2

【參考文獻】

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本文編號：2554633