GaN和SnS2基低維體系的電子結構和光學性質.pdf

1、全球經(jīng)濟的快速發(fā)展加速了化石能源的枯竭，近年來越來越多的科學家開始關注和研究新型節(jié)能環(huán)保的光學材料。本文首先在有效質量近似下，運用變分法研究了纖鋅礦結構InGaN staggered量子阱中的激子態(tài)和光學性質，然后運用基于密度泛函理論的第一性原理方法分別研究了纖鋅礦結構ZnO/GaN超薄超晶格和雙層SnX2(X=S，Se)納米薄膜的電子結構和光學性質。論文第一章敘述了三代典型半導體的研究現(xiàn)狀，以及論文研究對象纖鋅礦結構GaN、ZnO和層

2、狀結構SnX2(X=S，Se)的性質和應用。第二章介紹了有效質量近似、變分法及基于密度泛函理論的第一性原理方法。第三章到第五章研究了GaN和SnX2基低維體系的電子結構和光學性質。本文的主要研究內容可以分為三大部分:
　　首先，運用了有效質量近似方法研究了纖鋅礦結構GaN基低維結構中的激子態(tài)。對纖鋅礦結構GaN/In0.2Ga0.8N/InyGa1-yN/GaN對稱和非對稱staggered量子阱的研究，研究結果表明纖鋅礦結構In

3、GaN staggered量子阱的激子結合能、電子-空穴復合率和發(fā)光波長與staggered量子阱的結構參數(shù)，如量子阱寬Lw和銦含量y有重要關系。對于纖鋅礦結構InGaN對稱staggered量子阱，當阱寬Lw和銦含量y增加時，激子結合能和電子-空穴復合率減小，而發(fā)光波長增加。對于任意的勢阱寬度，當銦含量大于0.1時，纖鋅礦結構InGaN對稱staggered量子阱的激子結合能和電子-空穴復合率不再隨著銦含量y的增加而發(fā)生明顯變化。然而

4、，在纖鋅礦結構InGaN非對稱staggered量子阱中，當In0.2Ga0.8N層的寬度增加時，激子結合能和電子-空穴復合率存在極大值。研究結果表明，為了得到高效的以纖鋅礦InGaN staggered量子阱為有源區(qū)的藍綠光發(fā)光二極管，纖鋅礦結構InGaN對稱staggered量子阱的阱寬應小于6nm，銦含量應小于0.1。
　　其次，運用第一性原理方法研究了纖鋅礦結構GaN/ZnO超薄超晶格的電子結構。研究結果表明，晶體的生長方

5、向和超晶格的尺寸對纖鋅礦結構GaN/ZnO超晶格的帶隙值有較大影響。極性纖鋅礦結構GaN/ZnO超晶格中存在著由壓電極化和自發(fā)極化引起的內建電場，這個較強的內建電場明顯導致極性GaN/ZnO超晶格的帶隙值小于非極性超晶格的帶隙值。當GaN層的厚度為5個原子層時，極性纖鋅礦結構1GaN/nZnO超晶格的帶隙隨著GaN層數(shù)的增加而存在一個極大值。對于非極性纖鋅礦結構GaN/ZnO超晶格，當ZnO層的厚度大于2個原子層時，纖鋅礦結構GaN/Z

6、nO的帶隙值隨GaN層的厚度不再發(fā)生明顯變化。研究結果表明，可以通過改變超晶格的尺寸來調節(jié)極性和非極性纖鋅礦結構GaN/ZnO超薄超晶格的帶隙值，期望研究結果有助于高效寬光譜半導體光電器件的設計。
　　最后，用第一性原理方法詳細研究了不同堆積類型對雙層SnX2薄膜的穩(wěn)定性、電子結構和光學性質的影響。研究結果表明，體材料堆積類型AA是最穩(wěn)定的，同時這種最穩(wěn)定的位型具有最小的平衡層間距離。對于不同的堆積類型，雙層SnS2(SnSe2)