Ⅲ-Ⅴ化合物的電子結(jié)構(gòu)及物性研究.pdf

1、Ⅲ-V族化合物帶隙跨度很大，其中InN的帶隙為0.7eV，而AlN的帶隙卻高達(dá)6.28eV，以InP和AlN為代表的Ⅲ-V族半導(dǎo)體由于具有優(yōu)良的光電性質(zhì)，在實驗和實際制備上具有很大的潛力。InP為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，禁帶寬度為1.34 eV，AlN具有兩種結(jié)構(gòu):一種是纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其帶隙為6.20eV;另一種為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，其帶隙為5.11eV，本文重點考慮纖鋅礦結(jié)構(gòu)AlN。對InP和AlN材料進(jìn)行摻雜具有轉(zhuǎn)變成半金屬材料的可能性，本論文將以InP

2、和AlN為基材料，采用Wien2k軟件計算模擬，運用Origin8.0軟件分析畫圖。
　　首先，構(gòu)建2×2×2的InP超晶胞結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上用過渡金屬Fe進(jìn)行摻雜，接著比較Cr、Mn摻雜InP超晶胞結(jié)構(gòu)研究其光電性質(zhì)。研究結(jié)果表明:與本征態(tài)相比，摻雜Fe原子InP超晶胞結(jié)構(gòu)出現(xiàn)磁性，費米能級形成電子態(tài)占據(jù)，從價帶躍遷至導(dǎo)帶的電子數(shù)增多引起導(dǎo)電性增強(qiáng);特別是當(dāng)X摻雜量增大時，光學(xué)吸收邊在低能級區(qū)域增大，各峰值向較低能量方向側(cè)移。而摻

3、雜Cr、Mn之后，帶隙同樣減少，這主要是由于Cr3d、Mn3d和O2p態(tài)之間的強(qiáng)烈耦合在費米能級附近的導(dǎo)帶底引入雜質(zhì)能級產(chǎn)生的。比較摻雜Cr、Mn、Fe帶隙逐漸變小且都比本征態(tài)小，導(dǎo)電性增強(qiáng)。能量損失譜、反射譜、消光系數(shù)等光學(xué)光譜均向低能方面?zhèn)纫啤?br>　　同時，構(gòu)建3×3×1AlN納米面模型為了更好的研究同類Ⅲ-V族化合物的光電性質(zhì)。首先進(jìn)行Co原子摻雜，接著用非金屬C進(jìn)行摻雜，之后進(jìn)行Co、C共摻來研究AlN納米面的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)

4、性質(zhì)。研究結(jié)果表明:自旋向下的電子在費米面附近出現(xiàn)了一個1.7eV的帶隙，同時自旋向上的電子跨過了費米面，整體呈現(xiàn)金屬性，增強(qiáng)了導(dǎo)電能力。在光學(xué)性質(zhì)方面，摻雜Co后材料光電性質(zhì)在可見光范圍內(nèi)的改變更加明顯，吸收譜展寬、在紫外-可見光區(qū)域反射率、折射率的升高;摻雜C原子后AlN材料費米能級附近出現(xiàn)自旋向下的電子態(tài)，金屬性增強(qiáng)。在光學(xué)性質(zhì)方面，摻雜C原子AlN的光學(xué)性質(zhì)整體都有所提高，向低能方向發(fā)生移動，在紫外區(qū)域的整體值都高于本征態(tài);Co