GaN納米線的P型摻雜的第一性原理研究.pdf

1、以GaN為代表的Ⅲ-Ⅴ族直接帶隙半導(dǎo)體具有寬帶隙（Eg=3.39 eV），發(fā)光效率高、電子漂移飽和速度高、熱導(dǎo)率高、硬度大、介電常數(shù)小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及耐輻射、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。其在高亮度發(fā)光二極管、紫外.藍(lán)光激光器和紫外探測(cè)器等光電子器件以及抗輻射、高頻、高壓、高溫等電子器件有著巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的市場(chǎng)前景。20世紀(jì)90年代后期，由于關(guān)鍵技術(shù)的突破，材料生長(zhǎng)和器件制造工藝水平的不斷提高，使得GaN成為寬禁帶半導(dǎo)體材料中的佼佼者。根據(jù)不斷

2、降低器件尺寸的要求，基于具有優(yōu)異性質(zhì)的納米尺寸材料制造納米器件是很有意義的，GaN納米結(jié)構(gòu)，特別是納米線是滿足這種要求的一種很有希望的材料。
　　 最近幾年，已經(jīng)提出了很多制備GaN納米線的方法，并且進(jìn)行了一系列相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工作，但是很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還不能夠得到很好的解釋，因此就需要理論上的研究來解釋這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對(duì)實(shí)驗(yàn)工作進(jìn)行預(yù)測(cè)和指導(dǎo)。目前的研究納米線的最有利的研究方法之一是基于密度泛函理論的第一性原理方法。這是因?yàn)?，首先由于?jì)

3、算條件的限制，在用第一性原理的方法計(jì)算體相材料時(shí)往往模擬摻雜濃度過高，有悖于真實(shí)實(shí)驗(yàn)情況，而目前的實(shí)驗(yàn)上摻雜的納米線的雜質(zhì)濃度很多都在百分量級(jí)上，這樣建立的模型能夠更加接近實(shí)驗(yàn)。其次第一性原理能夠方便的模擬不同結(jié)構(gòu)、截面、和不同官能團(tuán)修飾表面的納米線，具有很高的靈活性。
　　 GaN體材料具有很高的背景載流子濃度，這個(gè)問題也同樣存在于GaN納米線中，所以如何能夠最有效的實(shí)現(xiàn)GaN材料的P型轉(zhuǎn)變對(duì)于未來GaN納米器件的制備是至關(guān)重

4、要的。因此本文采用量子力學(xué)第一性原理的方法在三種條件下分別計(jì)算了Mg摻雜六方結(jié)構(gòu)的GaN納米線的以考察這些條件對(duì)于P型轉(zhuǎn)變的所起的影響。
　　 （1）GaN納米線表面沒有經(jīng)過任何官能團(tuán)的修飾，利用96個(gè)原子的模型選取三個(gè)不同對(duì)稱性的位置進(jìn)行摻雜，其中摻雜劑是Mg原子。
　　 （2）利用H原子使其和GaN納米線表面上懸掛鍵反應(yīng)形成新鍵，達(dá)到修飾的表面的作用。之后按照條件（1），在相同的摻雜位置進(jìn)行摻雜。
　　 （3

5、）GaN納米線表面沒有經(jīng)過任何官能團(tuán)的修飾，增加摻雜劑數(shù)量以模擬高濃度的Mg重?fù)诫s的效果。按照擴(kuò)散方向選取從納米線表面到內(nèi)層的三個(gè)不同的摻雜構(gòu)型進(jìn)行模擬。
　　 計(jì)算結(jié)果顯示，在三種不同條件下，摻雜劑最容易沉積在納米線表面形成穩(wěn)定的摻雜，這個(gè)結(jié)果和一些理論計(jì)算結(jié)果相同。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，摻雜和表面修飾是調(diào)制能帶結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)P型轉(zhuǎn)變的兩種最有利的方法。當(dāng)表面上所有懸掛鍵均被飽和之后，能帶寬度被固定，不同的摻雜位置不對(duì)能帶產(chǎn)生影響。此外，