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1、本論文選擇基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,對(duì)GaN晶體和極性表面的缺陷結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬計(jì)算。所有的計(jì)算均采用Materials Studio4.0中的CASTEP軟件包。
首先,計(jì)算了六方GaN、Ga0.875N、Ga0.750N、GaN0.875和GaN0.750,五種模型的能帶結(jié)構(gòu)、差分電子密度、電子態(tài)密度,詳細(xì)討論了不同空位缺陷對(duì)GaN性能的影響。結(jié)果顯示,帶隙寬度隨著Ga空位或N空位的增加不斷增大,Ga空位是一
2、種受主缺陷,N空位是施主缺陷;N空位的增加導(dǎo)致GaN電導(dǎo)率的下降。
其次,在周期性邊界條件下的k空間中,對(duì)GaN(0001)面本征點(diǎn)缺陷(Ga空位、N空位、Ga替代N、N替代Ga、Ga間隙、N間隙)進(jìn)行了理論研究。電子局域函數(shù)顯示了表面缺陷電子密度變化,表面Ga原子空缺處有非常明顯的缺電子區(qū)域,懸掛鍵臨近N的電子密度增大,有利于對(duì)金屬原子的吸附。N原子空缺處的Ga原子,其ELF值為0.16-0.45,有利于同電負(fù)性較大的原
3、子結(jié)合。通過(guò)分析Vaa和VN缺陷表面的態(tài)密度,發(fā)現(xiàn):VN缺陷導(dǎo)致費(fèi)米能級(jí)向高能導(dǎo)帶移動(dòng)得到n型GaN(施主),VGa缺陷引起了費(fèi)米能級(jí)向價(jià)帶方向移動(dòng)是受主缺陷。
通過(guò)分析點(diǎn)缺陷對(duì)表面結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn):空位缺陷對(duì)晶格結(jié)構(gòu)影響較??;替位Ga與Ga5原子鍵斷裂并與周?chē)廏a原子形成金屬鍵,Naa缺陷的存在使周?chē)鶱原子自發(fā)地與Naa原子團(tuán)聚;間隙Ga原子的存在使表面層Ga1原子弛豫到了真空層。通過(guò)計(jì)算各點(diǎn)缺陷形成能的大小得到:G
4、a間隙缺陷比N間隙缺陷更容易形成,在富N條件下,雖然Vaa和VN均容易出現(xiàn),但No,Gao間隙缺陷形成能比VN缺陷的形成能更低;在富Ga條件下,Gao、GaN和VN缺陷較容易出現(xiàn)。
同時(shí)我們也計(jì)算了GaN(0001)表面空位缺陷的形成能,結(jié)果顯示:無(wú)論在富鎵或富氮氛圍下暴露在最表面的N空位缺陷是最容易形成的。DOS圖顯示:N空位促使費(fèi)米能級(jí)向?qū)Х较蛞苿?dòng),VN是施主缺陷。
最后,采用分子動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)表面N空
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