GaN是一種典型的寬禁帶半導(dǎo)體,一直是凝聚態(tài)物理和材料物理研究的重點(diǎn)。GaN通過摻雜可實(shí)現(xiàn)n型或p型導(dǎo)電,以及不同波段包括可見光和紫外光范圍的光致發(fā)光,因此廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管和激光二極管等領(lǐng)域,具有巨大的科學(xué)和應(yīng)用價值。GaN的半導(dǎo)體行為和光電響應(yīng)往往由點(diǎn)缺陷的相關(guān)過程決定。盡管經(jīng)過了多年的理論和實(shí)驗(yàn)研究,學(xué)術(shù)界對這些點(diǎn)缺陷過程的理解仍然存在很多爭議。理論計算描述半導(dǎo)體中帶電缺陷的主要困難是如何統(tǒng)一地確定不同缺陷能級的位置,而這一點(diǎn)很難用慣用的超胞方法計算得出。另外,介電材料中的帶電缺陷會通過長程力產(chǎn)生極化作用,這一作用對缺陷的模擬結(jié)果有很大影響。本論文使用混合量子力學(xué)/分子力學(xué)(QM/MM)嵌入團(tuán)簇法,可以直接計算所有缺陷態(tài)的靜電勢的公共零點(diǎn),并且善于描述晶體中局部電荷引起的極化,有利于研究半導(dǎo)體中的缺陷。利用這種方法,本文研究了未摻雜或n型摻雜GaN中的電學(xué)和發(fā)光性質(zhì)。半導(dǎo)體中淺能級缺陷的計算一直是一個難點(diǎn),GaN的n型雜質(zhì)Si和O的計算就存在這樣的問題。許多光譜學(xué)的實(shí)驗(yàn)表明,Si和O摻雜會在GaN中引入淺的缺陷能級從而束縛載流子。然而,在以往有限數(shù)量的計算研究中并未考慮這樣的缺...

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級別】：博士

圖1-1.GaN纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖,黃色球?yàn)镹原子，灰色球?yàn)镚a原子Fig1-1.GaNwurtzitecrystalstructure.LargeyellowballsarenitrogenatomsandsmallgreyballsareGaatoms.（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wurtzitepolyhedra.png）

圖1-2低溫(2K)時(a)未摻雜的GaN層(b)兩個摻雜Si的GaN層(c)兩個摻雜O的GaN層的光致發(fā)光(PL)譜，圖中標(biāo)出了施主的濃度[20]

圖1-3富Ga條件下GaN中一些缺陷的形成能[36]

圖1-4富N條件下GaN中SiGa和ON的形成能相對于費(fèi)米能級的函數(shù)，陰影區(qū)域是CBM以上[37]

本文編號：3887485