稀磁半導(dǎo)體GaN-Mn(1010)薄膜第一性原理研究.pdf

1、GaN是一種性能優(yōu)良的Ⅲ-Ⅴ族寬禁帶半導(dǎo)體材料,被譽(yù)為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,其研究和應(yīng)用備受矚目。基于GaN體系摻雜磁性雜質(zhì)形成的稀磁半導(dǎo)體(DMS)由于其具有高于室溫的居里溫度近年來備受人們的關(guān)注。為了便于應(yīng)用,材料往往制造成薄膜的形式。
　　 本論文采用第一性原理計(jì)算研究稀磁半導(dǎo)體GaN:Mn(10(1)0)薄膜的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及磁性。具體的研究工作有三個(gè)方面:
　　 (1)對于未摻雜的GaN(10(1)0

2、)薄膜,弛豫后原子位置與理想原子位置比較看出,表層Ga原子向體內(nèi)移動(dòng),與Ga原子成鍵的表層N原子向體外移動(dòng),導(dǎo)致表層Ga—N二聚體鍵長收縮并扭轉(zhuǎn)。和體內(nèi)相比鍵長縮短了6.58％,扭轉(zhuǎn)角為8.56°。電子結(jié)構(gòu)相對于體內(nèi)明顯的變化特點(diǎn)是在禁帶中出現(xiàn)兩個(gè)明顯的表面帶。對GaN(1010)薄膜的結(jié)構(gòu)弛豫及電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果與已有文獻(xiàn)結(jié)果一致。
　　 (2)對于摻Mn的GaN(10(1)0)薄膜,Mn原子摻雜在表層時(shí)的缺陷形成能最小,表明

3、GaN(10(1)0)薄膜中Mn原子更容易在表層摻雜。弛豫后,位于表層的Mn—N鍵長與Ga—N鍵長類似也要收縮,但Mn—N鍵沒有明顯的扭轉(zhuǎn)。電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算表明Mn原子的摻雜使得Mn3d與N2p軌道雜化,產(chǎn)生自旋極化雜質(zhì)帶,只有自旋向上的能帶穿越費(fèi)米面,摻雜后的薄膜表現(xiàn)為半金屬性,適合于自旋注入。
　　 (3)對于GaN:Mn(10(1)0)薄膜的磁性研究,我們的計(jì)算結(jié)果是當(dāng)2個(gè)磁性Mn原子在薄膜表層替代最近鄰的兩個(gè)Ga原子時(shí)磁性