含硼光電子材料的第一性原理計算及實驗研究.pdf

1、隨著當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，持續(xù)增加的高帶寬需求成為光纖通信系統(tǒng)發(fā)展的驅(qū)動力。光纖通信正在向智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，因此對光電器件也提出了更高的要求。光電器件有集成器件和分立器件之分，集成器件具有分立器件不可比擬的優(yōu)勢：幾何尺寸小、寄生參量小、成本低和可靠性高。新一代光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展必然要以新型通信光電子集成器件作為支撐。而通信光電子集成器件研究所面臨的最突出問題是半導(dǎo)體材料兼容、結(jié)構(gòu)兼容和工藝兼容。其中半導(dǎo)

2、體材料的異質(zhì)兼容對于改進(jìn)光電子集成器件的性能具有重大作用。 為了更好地解決材料兼容這個問題，尋求能與GaAs、或者Si晶格匹配，且能帶覆蓋1．3-1．55微米光通信波段的新型光電子材料，是比較理想的途徑之一。研究發(fā)現(xiàn)，GaInNAs（Sb）是目前發(fā)現(xiàn)的唯一可以與GaAs晶格匹配，發(fā)光波長又能達(dá)到光通信長波長范圍的材料，可以作為InGaAsP/InP材料系統(tǒng)的替代物?；诘谝恍栽恚脧V義梯度近似（GGA），文章計算了構(gòu)成GaI

3、nNAs材料的三元系GaAsN的能帶結(jié)構(gòu)，并以此為參照對新型摻B光電子新材料BGaSb進(jìn)行了計算；參與了含B光電子材料的生長和測試工作。總結(jié)起來，主要有以下幾個方面： 1、采用基于密度泛函理論（DFT）的平面波贗勢計算程序CASTEP，計算了GaAs、GaN、GaSb和BSb四種二元系材料的晶格常數(shù)和能帶結(jié)構(gòu)，并根據(jù)計算結(jié)果對他們的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析。 2、在對二元系材料理論計算的基礎(chǔ)上，對GaAs1-xNx建立了S

4、QS-8超胞模型，在團(tuán)簇近似的基礎(chǔ)上，計算了不同N組分的GaAs1-xNx的能帶結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明GaAsN能帶彎曲參數(shù)和N的含量有直接關(guān)系，N含量為0．125，0．25，0．75，0．875時對應(yīng)的能帶彎曲參數(shù)分別為14．5eV，9．28eV（出現(xiàn)了能帶閉合），10．4eV，16．7eV。 3、建立了BxGa1-xSb的SQS-16的超胞模型，計算了不同B組分的BxGa1-xSb的能帶結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示BxGa1-xSb的帶隙寬度隨B

5、含量增加有小幅增加，結(jié)合Vegard定理得出，B含量在0-18．75％范圍內(nèi)時，BxGa1-xSb的Г1c-Г15v帶隙寬度值隨B含量單調(diào)遞增，平均增速為17．5meV/％B，其能帶彎曲參數(shù)約為2．23eV，且和B的含量關(guān)系不大；當(dāng)x<10％時，BxGa1-xSb為直接帶隙化合物。且在BGaSb材料中，隨著B含量的增加，其形成焓迅速增加，對比BGaAs和InGaAs材料的形成焓，預(yù)測B在GaSb中的并入量可達(dá)7％。 4、參與BA