应力条件下GaN电子结构及光学性质研究.pdf

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1、激与光电子学进展51，091604(2014)Laser&0ptoe1ectronicsProgress~2014(中国激光》杂志社应力条件下GaN电子结构及光学性质研究阮兴祥张富春张威虎延安大学物理与电子信息学院，陕西延安716000摘要采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波计算方法，系统研究了不同应力作用下GaN的电子结构和光学性质，对比分析了外压调制对GaN的能带结构、态密度和光学性质变化的影响。计算结果表明：随着外应力的逐渐增加，Ga—N的键长逐渐变小，布局数逐渐增加，共价性明显增强，离子性减弱。电子结构计算结果显示导带向高能方向漂移，而整个价

2、带向低能方向漂移，禁带带宽明显被展宽，Ga原子的3d态电子与N原子的2p态电子的杂化程度增强。光学性质计算结果揭示了在没有应力的作用下，在l_6eV附近开始出现吸收边。随着外应力的逐渐增大，GaN的复介电函数和吸收谱向高能方向漂移，光谱发生了明显的蓝移现象，进而提高了光电转换效率。关键词光电子学；GaN；第一性原理；光学性质；应力中图分类号O472文献标识码Adoi：10．3788／LOP51．091604StudyonElectronicStructureandOpticalPropertiesofGaNunderPressureRuanXingxia

3、ngZhangFuchunZhangWeihuCollegeofPhysicsandElectronicInformation，YananUniversity，Yanan，Shaanxi716000，ChinaAbstractElectronicstructureandopticalpropertiesaresystematicallyinvestigatedbyusingfirst—principlesplane—wavecalculationmethodbasedondensityfunctionaltheory，andthechangesinthe

4、bandstructure，densityofstatesandopticalpropertiesarecomparativelyanalysedforGaNunderpressure．ThecalculatedresultsindicatethatGa—Nbondlengthsbecomeshorter，thepopulationsbecomelarger，thecovalentbecomesstrongerandtheionicbecomesweakerwhenthepressureincreases．Thecalculatedelectronics

5、tructureshowsthattheconductionbandsmovetohighenergydirection，whilethewholevalencebandsshifttolowenergydirection，thebandgapbecomeswider，thehybridizationof3dstateselectronofGaatomsand2pstateselectronofNatomsisenhancedsignificantly．Resultsofopticalpropertiesrevealthatabsorptionspect

6、rumoccursabsorptionedgenear1．6eVwhenthereisnostress．Withthepressureincreasing，thecomplexdielectricfunctionandabsorptionspectraofGaNmovetowardshighenergy，theabsorptionspectrumoccursobviousblueshiftandthephotoe1ectricconversionefficiencyisimproved．Keywords0ptoelectronics；GaN；first—

7、principles；opticalproperties；pressure0CIScodes160．4670；160．4760；160．60001引言氮化镓(GaN)是一种重要的半导体材料，具有较宽的直接带隙、较高的击穿电压、较小的介电常数、较高的发光效率和耐高温等优异的化学和物理稳定特性，是半导体材料和光电器件的研究热点。在紫外半导体探测器、蓝光发光二极管和蓝光激光器等方面具有潜在的应用前景。通过掺杂或者引入应力等方式均能够改变晶格常数，进而改变材料的能带结构及其光学特性。目前，收稿日期：2014—03-26；收到修改稿日期：2014-05—15；网络

8、出版日期：2014-07-23基金项目：陕西省教育厅专项科研基金(2013JK0