【摘要】：在III族氮化物半導(dǎo)體中,氮化鎵基材料由于具有可調(diào)的禁帶寬度以及優(yōu)異的光、電性能,使得其在光電器件和高溫、高頻、大功率器件中有廣泛的應(yīng)用。其發(fā)光過程主要取決于r點(diǎn)(k=0)處的能帶結(jié)構(gòu),而由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)氮化鎵銦合金材料導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)與價(jià)帶結(jié)構(gòu)分別是類S軌道以及主要形成于P軌道,因此其結(jié)構(gòu)對(duì)光的方向性有一定的影響。由于第一性原理的計(jì)算研究能夠在微觀體系上對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行有效的解釋和預(yù)測(cè),因此本論文使用基于第一性原理的計(jì)算方法,主要對(duì)銦組分變化以及晶格結(jié)構(gòu)變化對(duì)氮化鎵基材料價(jià)帶結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性產(chǎn)生的影響進(jìn)行相關(guān)研究:使用Material Studio材料模擬計(jì)算軟件,在氮化鎵材料原胞基礎(chǔ)上通過摻雜的方式建立纖鋅礦InxGa1-xN材料超胞結(jié)構(gòu)模型,其銦組分x含量分別為0、0.25、0.5、0.75、1;并使用VASP第一性原理計(jì)算軟件包,分別計(jì)算分析不同In組分含量對(duì)纖鋅礦氮化鎵基材料價(jià)帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度以及光學(xué)基本性質(zhì)產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明:隨著銦組分的逐漸增加,其價(jià)帶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變使得禁帶寬度逐漸減小,從而對(duì)電子的遷移及其內(nèi)量子效率造成影響;材料的折射系數(shù)、吸收系數(shù)、反射系數(shù)以及能量損失系數(shù)均發(fā)生變化,使得紫外光的出光效率得到相應(yīng)提升。因此在氮化鎵銦材料中,通過對(duì)銦組分含量的調(diào)控,能有效的提高其出光效率。在纖鋅礦InxGa1-xN材料中,由于其銦組分含量不同,對(duì)其晶格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的畸程度也將不同,因此在其銦組分x含量分別為0、0.25、0.5、0.75、1基礎(chǔ)上,計(jì)算并分析了不同組分含量中晶格結(jié)構(gòu)變化對(duì)纖鋅礦InxGa1-xN材料價(jià)帶結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明:隨著銦組份增加,晶格結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致材料的CH子帶發(fā)光占幅度先逐漸增加,后發(fā)生反轉(zhuǎn)逐漸減小,而銦組份含量為0.75時(shí),晶格結(jié)構(gòu)變化對(duì)材料中CH子帶發(fā)光占比變化影響的幅度相對(duì)減弱;隨著材料中銦組分的變化,晶格結(jié)構(gòu)變化使得基本光學(xué)性能發(fā)生改變,均有利于200-400nm波長(zhǎng)光抽取效率的提高。其中在銦組份含量為0.75時(shí),晶格結(jié)構(gòu)變化對(duì)InxGa1-xN材料光學(xué)性能造成的影響最小。因此,可以通過對(duì)InxGa1-xN材料含中In的組分含量的控制,使用合適的組分與結(jié)構(gòu)對(duì)不同波段光的出光效率進(jìn)行調(diào)控,能夠使得纖鋅礦InxGa1-xN材料獲得更高的出光效率。同時(shí),為InxGa1-xN材料中In非均分布產(chǎn)生富In區(qū)局域態(tài)與減小量子阱中內(nèi)建電場(chǎng)影響,從而為進(jìn)一步提高光的出光效率提供了理論參考。
【圖文】：

中晶體結(jié)構(gòu)空間群為Ｐ６３ｍｃ，ＳＧ編號(hào)為１８６，晶格常數(shù)為ａ＝ｂ＝０．３１９７２ｎｍ，逡逑ｃ＝０．５２０７０ｎｍ，邐ｃ／ａ＝１．６２８，邐ａ＝ｐ＝９0°，邐丫＝１２０。［３４］，在２ａｘ２ｂｘ２ｃ進(jìn)行擴(kuò)展，逡逑獲得包含３２個(gè)原子的ＧａＮ超原胞結(jié)構(gòu)模型如圖２－１所示，藍(lán)色球和棕色球分別代逡逑表氮原子和鎵原子。逡逑ｒｍ逡逑Ｔ＆ｔｉ逡逑ｎｎ逡逑圖２－１纖鋅礦結(jié)構(gòu)ＧａＮ基材料超胞計(jì)算模型逡逑有研究表明，在摻雜過程中使用Ｉｎ原子替代Ｇａ原子的方式具有最低的形成能，逡逑在ＩｎＧａＮ材料中主要是使用Ｉｎ原子替代Ｇａ原子的形式存在。因此該研宄中使用的逡逑ＩｎｘＧａ＾Ｎ材料的模型是在纖鋅礦ＧａＮ超胞模型的基礎(chǔ)上采用替位的方式摻如Ｉｎ逡逑雜質(zhì)建立的。摻雜方式是根據(jù)ＩｎＮ晶格結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性與周期性規(guī)則，將部分均勻逡逑分布在位于晶格點(diǎn)處的Ｇａ原子用Ｉｎ原子取代。對(duì)摻入Ｉｎ組分的ｘ含量分別為０、０．２５、逡逑０．５、０．７５、１依次獲得ＩｎＧａＮ材料混晶結(jié)構(gòu)模型。其不同Ｉｎ組分下纖鋅礦結(jié)構(gòu)逡逑ＩｎｘＧａｉ－ｘＮ材料模型如圖２－２所示，圖中ａ、ｂ、ｃ、ｄ分別代表建立的Ｉｎ0．２５Ｇａａ７５Ｎ、逡逑Ｉｎａ５ＧａＱ５Ｎ、Ｉｎｏ．７５Ｇａｏ．２５Ｎ、ＩｎＮ超胞結(jié)構(gòu)模型，其中藍(lán)色球、黃色球和灰色球分別逡逑代表模型中所包含的氮原子、銦原子和鎵原子。逡逑（ａ）ｒｎｒ邋（ｂ）Ｔｎｒ邋ＴＴ７逡逑N邋ｎｉｚ邋ｎｎ邋ｕｕ邋ｎｕ逡逑圖２－２不

中晶體結(jié)構(gòu)空間群為Ｐ６３ｍｃ，ＳＧ編號(hào)為１８６，晶格常數(shù)為ａ＝ｂ＝０．３１９７２ｎｍ，逡逑ｃ＝０．５２０７０ｎｍ，，邐ｃ／ａ＝１．６２８，邐ａ＝ｐ＝９0°，邐丫＝１２０。［３４］，在２ａｘ２ｂｘ２ｃ進(jìn)行擴(kuò)展，逡逑獲得包含３２個(gè)原子的ＧａＮ超原胞結(jié)構(gòu)模型如圖２－１所示，藍(lán)色球和棕色球分別代逡逑表氮原子和鎵原子。逡逑ｒｍ逡逑Ｔ＆ｔｉ逡逑ｎｎ逡逑圖２－１纖鋅礦結(jié)構(gòu)ＧａＮ基材料超胞計(jì)算模型逡逑有研究表明，在摻雜過程中使用Ｉｎ原子替代Ｇａ原子的方式具有最低的形成能，逡逑在ＩｎＧａＮ材料中主要是使用Ｉｎ原子替代Ｇａ原子的形式存在。因此該研宄中使用的逡逑ＩｎｘＧａ＾Ｎ材料的模型是在纖鋅礦ＧａＮ超胞模型的基礎(chǔ)上采用替位的方式摻如Ｉｎ逡逑雜質(zhì)建立的。摻雜方式是根據(jù)ＩｎＮ晶格結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性與周期性規(guī)則，將部分均勻逡逑分布在位于晶格點(diǎn)處的Ｇａ原子用Ｉｎ原子取代。對(duì)摻入Ｉｎ組分的ｘ含量分別為０、０．２５、逡逑０．５、０．７５、１依次獲得ＩｎＧａＮ材料混晶結(jié)構(gòu)模型。其不同Ｉｎ組分下纖鋅礦結(jié)構(gòu)逡逑ＩｎｘＧａｉ－ｘＮ材料模型如圖２－２所示，圖中ａ、ｂ、ｃ、ｄ分別代表建立的Ｉｎ0．２５Ｇａａ７５Ｎ、逡逑Ｉｎａ５ＧａＱ５Ｎ、Ｉｎｏ．７５Ｇａｏ．２５Ｎ、ＩｎＮ超胞結(jié)構(gòu)模型，其中藍(lán)色球、黃色球和灰色球分別逡逑代表模型中所包含的氮原子、銦原子和鎵原子。逡逑（ａ）ｒｎｒ邋（ｂ）Ｔｎｒ邋ＴＴ７逡逑N邋ｎｉｚ邋ｎｎ邋ｕｕ邋ｎｕ逡逑圖２－２不
【學(xué)位授予單位】：安徽工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN304

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本文編號(hào)：2656530