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《almg掺杂gan电子结构及光学性质的第一性原理研究_郭建云》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、------------------------------------------------------------------------------------------------AlMg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究_郭建云第57卷第6期2008年6月100023290Π2008Π57(06)Π3740207物 理 学 报ACTAPHYSICASINICAVol.57,No.6,June,2008ν2008Chin.Phys.Soc.Al,Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究郭建云 郑 广1)2)3)??
2、3 何开华2)3) 陈敬中1)1)(中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉 430074)2)(中国地质大学数学与物理学院,武汉 430074)3)(中国地质大学材料模拟与计算物理研究所,武汉 430074)(2007年10月13日收到;2007年12月4日收到修改稿) 基于密度泛函理论,采用广义梯度近似方法,计算了Al,Mg掺——————————————————————————————————————----------------------------------------------------------------------
3、--------------------------杂的闪锌矿型GaN的电子结构和光学性质,分析了其电子态分布与结构的关系,给出了掺杂前后GaN体系的介电函数和复折射率函数.计算结果表明掺有Mg的GaN晶体空穴浓度增大,会明显提高材料的电导率,而Al掺杂GaN晶体的载流子浓度不变,只是光学带隙变宽;通过分析掺杂前后GaN晶体的介电函数和复折射率函数,解释了体系的发光机理,为GaN材料光电性能的进一步开发与应用提供了理论依据.通过比较可知,所得出的计算结果与现有文献符合得很好.关键词:GaN晶体,电子结构,光学性质,掺杂PACC:7115,712
4、0,7125,7865K11引作为第三代半导体材料的代表,氮化镓基半导体材料是新兴半导体光电产业的核心材料和基础器件,不仅带来了IT行业数字化存储技术的革命,也将推动通讯技术发展,并彻底改变人类传统照明的[1]历史.氮化镓基半导体材料具有宽的直接带隙、高的击穿场强、高的热导率和非常好的物理与化学稳定性等特点;在短波长光电器件、高温器件和高频大功率器件等方面有广泛的应用前景,其物理性质引起了人们的重视,成为半导体材料和光电子器件的[2]研究热点.对理想半导体掺杂可以使其性能得到更好的应用,比如Al掺杂到GaN晶体中可使得光学带隙在3142—612
5、0eV(300K时)范围变化,使得其发射波长覆盖整个可见光区及部分紫外线区;Mg掺杂到——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------GaN晶体中可得到p型GaN,p型GaN的实现,解决了制造GaN发光器件的一个难题.实际上,Al,Mg掺杂GaN,不论在实验上还是在理论上都有大量的研究.由于AlGaN能带结构中能带间隙与对应之弯
6、曲系数(bowingparameter)与发光波长有直接关系,尤其弯曲系数在设计发光组件的发射波长上扮3湖北省杰出青年科学基金(批准号:2006ABB031)资助的课题.??通讯联系人.E2mail:gzheng25@yahoo.com演着绝对重要的角色,所以国内外有不少研究者以[3—6]实验或理论计算的方法进行研究;GaN高浓度[7]的p型掺杂一直是个难题,Amano等人利用低能电子束辐射(LEEBI)处理掺Mg的GaN,得到了低阻的p型GaN,取得了p型掺杂的重大突破.但是LEEBI工艺在制造不少器件的时候存在着很多的限制,因为只有GaN薄
7、膜表面很薄的一层p型掺杂浓[8]度很高.Nakamura等人发明了快速热退火法(rapidthermalannealing),他们将掺Mg的GaN在N2气氛中、700—800℃下退火,得到了p型GaN,发现空穴浓度和迁移率都大大提高了.至今,如何获得高掺杂浓度以及高质量的p型GaN仍是热点问题,国内外[9—11]——————————————————————————————————————--------------------------------------------------------------------------------
8、----------------对此有大量的报道.但对于Al,Mg掺杂闪锌矿结构GaN晶体的电子结构和光学性质理论研究目前报道得比较少,而运用平面波赝
