砷化鎵Ga2Asn-(n=1～9)離子團(tuán)簇及其缺陷結(jié)構(gòu)特性的研究.pdf

1、砷化鎵(Gallium Arsenide，GaAs)作為第二代化合物半導(dǎo)體材料，擁有直接寬帶隙雙能谷的能帶結(jié)構(gòu)特性，并且憑借其優(yōu)越的光電特性在光電子學(xué)和微電子學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用。非摻雜半絕緣砷化鎵(SI-GaAs)材料中的深能級(jí)缺陷直接影響著材料與器件的光電性能，深入研究砷化鎵團(tuán)簇缺陷的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，對(duì)半絕緣砷化鎵材料的光電特性，以及砷化鎵材料的應(yīng)用和制備有著重要的意義。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，利

2、用VASP軟件對(duì)Ga2Asn-(n=1～9)陰離子團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)和振動(dòng)頻率進(jìn)行了計(jì)算，并與Gaussian軟件計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，分析了團(tuán)簇基態(tài)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其穩(wěn)定性規(guī)律，根據(jù)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)和特性，構(gòu)建了Ga2As°團(tuán)簇缺陷的結(jié)構(gòu)模型，利用VASP軟件計(jì)算分析了這些缺陷的特點(diǎn)及其對(duì)半絕緣砷化鎵材料特性的影響。得到以下結(jié)果：
　　1利用VASP軟件計(jì)算了Ga2As-(n=1～9)離子團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)，與Gaussian軟件的計(jì)/算結(jié)果相比，總能

3、增人，結(jié)合能增大，鍵長(zhǎng)略變長(zhǎng)，但團(tuán)簇基態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)型基本一致，穩(wěn)定性規(guī)律差異也不大，呈奇偶交替變化規(guī)律，團(tuán)簇振動(dòng)頻率均在THz頻段。可以看出，VASP軟件和Gaussian軟件的團(tuán)簇計(jì)算結(jié)果可以為構(gòu)建分析砷化鎵晶體團(tuán)簇缺陷微觀構(gòu)型提供依據(jù)。
　　2構(gòu)建并計(jì)算了富砷條件下Ga2As-團(tuán)簇缺陷VGaVAsVGa-模型，對(duì)比分析了缺陷位置及組合缺陷形式對(duì)材料特性的影響，結(jié)果表明，材料內(nèi)部和表面缺陷及組合缺陷的最低施主缺陷能級(jí)均位于導(dǎo)帶底以下

4、O.82eV附近，接近于砷化鎵EL2缺陷能級(jí)的實(shí)驗(yàn)值(Ec-O.82eV)。VGaVAsVGa-模型是砷化鎵EL2深能級(jí)缺陷的一種可能的微觀結(jié)構(gòu)；缺陷位置及組合缺陷形式對(duì)材料的能帶結(jié)構(gòu)和總電子態(tài)密度有一定的影響。
　　3構(gòu)建并計(jì)算了富砷條件下Ga2As-團(tuán)簇缺陷GaAsAsGaVa-模型，對(duì)比分析了缺陷位置及組合缺陷形式對(duì)材料特性的影響，結(jié)果顯示，缺陷在砷化鎵禁帶中產(chǎn)生了多條施主能級(jí)和受主能級(jí)，大多數(shù)為EL深能級(jí)，缺陷位置及組合缺

5、陷形式對(duì)材料能帶結(jié)構(gòu)和總電子態(tài)密度都有一定的影響。
　　4構(gòu)建并計(jì)算了富鎵條件下Ga2As-團(tuán)簇缺陷GaAsAsGaGaAs-、VGaVAsGaAa-、GaAsAsGsGai-和VGaVAsGai-模型，對(duì)比分析了缺陷位置及組合缺陷形式對(duì)材料特性的影響，結(jié)果表明，這些缺陷均在砷化鎵禁帶中產(chǎn)生了多條施主能級(jí)和受主能級(jí)，導(dǎo)致布里淵區(qū)中心Γ點(diǎn)處的直接帶隙寬度減小，導(dǎo)帶底部的電子陷阱數(shù)量增加，提高了載流子的躍遷和復(fù)合率，直接影響了砷化鎵材