�、笞宓锊牧鲜悄壳鞍雽�(dǎo)體領(lǐng)域的研究重點(diǎn),氮化鎵（GaN）和氮化鋁（AlN）及相關(guān)的多元合金等氮化物具有直接帶隙,較高的光電轉(zhuǎn)換能力,較高的電子飽和速率和熱導(dǎo)率、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和抗輻照能力強(qiáng)等特性,在大功率、高頻、耐高溫半導(dǎo)體器件領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。氮化物中存在的雜質(zhì)缺陷往往對(duì)材料乃至器件的性能有決定性的影響。施主或受主雜質(zhì)的微量摻雜會(huì)使材料表現(xiàn)n型或p型,并對(duì)器件的性能產(chǎn)生重大影響。因此,對(duì)摻雜的研究對(duì)提升材料和器件性能以及研究其失效機(jī)理具有至關(guān)重要的作用。隨著算法的發(fā)展和計(jì)算機(jī)功率的增加,采用第一性原理方法能夠模擬更大更復(fù)雜的微觀體系性質(zhì),同時(shí)準(zhǔn)確性也達(dá)到前所未有的水平,基于密度泛函理論的第一性原理方法成為半導(dǎo)體材料和器件的研究的有力工具,能提供了有關(guān)材料原子結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。本文基于密度泛函理論,圍繞（Al）GaN半導(dǎo)體材料,開(kāi)展如下工作:1)氮化鎵（GaN）和氮化鋁（AlN）摻雜性質(zhì)的理論計(jì)算研究。首先對(duì)GaN和AlN基本性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算,分析GaN和AlN電子結(jié)構(gòu)的異同點(diǎn)。由于氮化物材料生長(zhǎng)過(guò)程中常常表現(xiàn)出無(wú)意的n型電導(dǎo)率,本征缺陷起到非常大的作用,這也是p型摻雜困難的原因,因此需... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１各電磁波波段紫外光ＬＥＤ器件的不同領(lǐng)域中的應(yīng)用??美國(guó)圣地亞哥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Ｈａｎ小組于１９９８年研制出世界上第一支??

?第一章緒論???Ｉ?Ｗ”??￡?．，？？？??〇?＂＊＊＊??＂Ｓ?？＊．，？’?Ｎｅｕｔｒａｌ??ｔｒ?８篇ａ聞雄費(fèi)費(fèi)齒截篇８鼸茲？雜ｓ篇孩獐篇ｂｉｂｓ睡ａｓ??Ｅ＼／ｂｍ?Ｅｆ?Ｅｃｂｍ??圖１．３施主和受主雜質(zhì)形成能與費(fèi)米能級(jí)的關(guān)系圖??（１）熱電離能私（ｔｈｅ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ?）??熱電離能私定義為摻雜缺陷的中性電荷態(tài)和負(fù)電荷態(tài)之間的躍遷能，用??ｓ（０／－ｌ）表示。定義熱電離能等于費(fèi)米能級(jí)，所以此時(shí)的兩個(gè)電荷態(tài)的形成能也??相等：??受主：??＾／（ａ?＾ｅａ＝ｅｆ?＝?＾ｆｉａ〇）?（１．２２）??Ｅａ?＝?Ｅｆ（ａ－）ＥＦ＝０?－?Ｅｆ（ａ°）?＝?Ｅａ＾?－?Ｅａ＇°?－?Ｅｃｏｒｒ?－?｛Ｅｖ?＋?ＡＫ（ａ））?（１．２３）??施主：??￡ｙ（ａ°）?＝?Ｅｆ（ａ＋＇）ＥＡ＝Ｅｐ?（１．２４）??私＝￡＞〇０）?—?￡＞（ａ＋）￡Ｆ＝０?＝?Ｐ，０?－?￡ａ，＋１?＋?Ｆｃｏｒｒ?—?（Ｆｖ?＋?Ａｙ〇））?（１．２５）??（２）光電離能￡＾ｐｔ?（ｏｐｔｉｃａｌ?ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ〉：??Ｅ°ｐｔ?＝?Ｅｇ－?Ｅｐｌ?＝?Ｅａ＋?Ｅｒｅｉ?（１．２６）??往往大的心ｅｉ?（構(gòu)型差異過(guò)大）是引起熱電離能和光電離能的巨大差異的原??因。??在以上的計(jì)算之中，方程中的總能通常通過(guò)ＤＦＴ計(jì)算獲得。缺陷通常通過(guò)??使用超晶胞計(jì)算，超晶胞就是晶體單胞在三維空間中周期性重復(fù)。計(jì)算中的原子??或電子數(shù)量受到可用計(jì)算機(jī)功率的限制。對(duì)于典型的缺陷計(jì)算，含有３２、６４、??１４??

定結(jié)構(gòu)為纖鋅礦。??纖鋅礦結(jié)構(gòu)具有六方對(duì)稱(chēng)性，因此有兩個(gè)獨(dú)立的晶格常數(shù)ｃ和ａ。纖鋅礦結(jié)??構(gòu)的空間群為?Ｐ６３ｍｃ（Ｈｅｒｍａｎｎ－Ｍａｕｇｕｉｎｓｙｍｂｏｌ），點(diǎn)群對(duì)稱(chēng)性為?６ｍｍ，Ｓｃｈｏｅｎｆｌｉｅｓ??表示法中的Ｃ＆。Ｗｚ結(jié)構(gòu)由兩個(gè)相互套構(gòu)的六方緊密堆積（ｈｅｐ）亞晶格組成，??亞晶格沿ｃ軸偏移５／８的單元高度（５ｃ／８），每個(gè)晶格包含一種原子。在一般條件??下，體材料ＧａＮ和Ａ１Ｎ的熱力學(xué)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為纖鋅礦，所以我們的研宄以Ｗｚ結(jié)??構(gòu)的ＧａＮ和Ａ１Ｎ為研究對(duì)象，結(jié)構(gòu)示意圖如圖３．１所示。??Ｑ??（ａ）?（ｂ）??！?９?，?！??圖３．１纖鋅礦結(jié)構(gòu)（ａ）?ＧａＮ和（ｂ）?ＡＩＮ結(jié)構(gòu)示意圖。綠色球?yàn)椋牵嵩�，藍(lán)??色球?yàn)椋粒痹樱疑驗(yàn)椋卧印??如圖３．１所示，Ｗｚ結(jié)構(gòu)可以用基面上的晶格參數(shù)ａ和垂直方向上的ｃ和內(nèi)部參??數(shù)ｕ來(lái)表示。將ｕ參數(shù)定義為陰離子－陽(yáng)離子鍵長(zhǎng)度（也是最近鄰距離）除以晶??格常數(shù)ｃ?（ｃ描述原胞高度）。纖鋅礦結(jié)構(gòu)是一個(gè)六方緊密堆積的晶格，晶格參數(shù)??ａ描述基面六邊形的邊緣長(zhǎng)度，ｃ描述垂直于基面的軸向晶格參數(shù)，ｕ描述原胞中??的原子間距離。在由互相接觸的四個(gè)硬球構(gòu)建的理想纖鋅礦結(jié)構(gòu)中ｃ／ａ?＝??１．６３３，?ｕ?＝?３／８?＝?０．３７５。纖鋅礦的晶格矢量是５?＝?ａ（ｌ／２，ＶＩ／２，０），Ｓ?＝??￡１（１／２，－７＾／２，０）和芒＝￡１（０，０，（：／２￡〇。在＼＾結(jié)構(gòu)１１１－氮化物中，實(shí)驗(yàn)觀察到的??ｃ／ａ小于理想值１．６３３，有人認(rèn)為如果不是這樣就會(huì)導(dǎo)致閃鋅礦結(jié)構(gòu)相【１６］。參數(shù)??的種類(lèi)也清晰地表明，有兩種途徑可以導(dǎo)致纖鋅礦結(jié)構(gòu)偏離理想值：改變ｃ／ａ比??值和改變ｕ值


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