纖鋅礦InN的表面結構和氧吸附的第一原理研究.pdf

1、近幾年纖鋅礦InN半導體已成為人們關注的課題之一，本文利用基于密度泛函理論的第一原理總能計算方法，采用超原胞模型，研究了InN(0001)和(000(-1))兩個極性面的表面結構，并進一步研究了氧在其上的吸附。 首先研究了InN的表面結構。對于(0001)面，在富In的環(huán)境下，兩層In吸附結構要比一層In吸附結構穩(wěn)定，而1×1的In吸附結構要比2×2上吸附相等數量In的結構更穩(wěn)定。在富N的環(huán)境下，在所有計算的吸附結構中2×2的N

2、原子在H3位吸附具有最低的能量。在In化學勢的整個變化范圍內，和1×1的弛豫結構相比吸附結構基本上都不是穩(wěn)定結構，只有兩層In的吸附在富In的環(huán)境下表現出了穩(wěn)定性，即最穩(wěn)定的結構。對于InN(000(-1))面研究的所有高對稱點的吸附和空位結構，無論是In吸附還是N吸附結構和干凈表面相比都是相對穩(wěn)定的。(000(-1))面In吸附表現出與(0001)面相反的結果，在富In的環(huán)境下，2×2的In在H3位吸附要比1×1上的吸附結構穩(wěn)定，1×

3、1的In吸附在Top位比其它的吸附位穩(wěn)定。然而在富In的環(huán)境下，2×2的N空位結構是最穩(wěn)定的結構，在富N的情況下2×2的N吸附在T4位是最穩(wěn)定的結構。 氧在InN表面的吸附，超原胞模型選取為2×2的六個InN雙原子層為基底，在表面上分別考慮吸附1/4層、1/2層、3/4層和1層氧原子。計算結果表明氧在氮化銦表面的吸附有較大的吸附能。對于InN(0001)面，一個氧原子吸附在2×2的H3位是最穩(wěn)定的結構，氧吸附原子的吸附能隨氧覆蓋

4、度的增加而減小。低的氧覆蓋率對應著實際的生長環(huán)境，在實際的生長過程中，可能有少量的氧存在，在這種低的氧覆蓋度下InN(0001)表面很容易和氧發(fā)生作用，形成較強的化學鍵，即InN中形成氧雜質，進而影響InN的電子濃度和能帶結構。對于InN(000(-1))，一層氧原子吸附在T4位是最穩(wěn)定的結構，氧吸附原子的吸附能隨氧覆蓋度的增加而增加。在襯底In原子之上，吸附位置很大的弛豫到表面N原子層以下，這個結果表明，在InN(000(-1))的N