砷化鎵團(tuán)簇缺陷及光電特性研究.pdf

1、砷化鎵(Gallium Arsenide,GaAs)作為第二代化合物半導(dǎo)體材料,并且擁有直接帶隙雙能谷的結(jié)構(gòu)特性,它憑借優(yōu)越的光電特性在光電子和微電子學(xué)方面得到廣泛應(yīng)用。非摻雜SI-GaAs材料中的深能級(jí)團(tuán)簇缺陷影響材料與器件的光電性能,以及深入研究GaAs團(tuán)簇缺陷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。在對GaAs納米材料的應(yīng)用和制備方面,以及在半絕緣砷化鎵材料的團(tuán)簇缺陷的光電子特性和微觀結(jié)構(gòu)的分析方面,存在著非常重要的研究意義。
　　本文采用了基于密度

2、泛函理論的第一性原理的計(jì)算方法,對富鎵中性砷化鎵團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)和振動(dòng)頻率進(jìn)行了計(jì)算,分析了團(tuán)簇基態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性規(guī)律,并對半絕緣砷化鎵材料中的GaAs與Ga7As+團(tuán)簇深能級(jí)缺陷模型進(jìn)行計(jì)算,以及采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法計(jì)算分析了溫度對深能級(jí)VAsVG。團(tuán)簇缺陷穩(wěn)定性的影響。所得結(jié)論如下所示:
　　l在富鎵中性GanAsm(n=l-9,m=l-3)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)中,隨著總原子數(shù)的增大,每類結(jié)構(gòu)的團(tuán)簇基態(tài)結(jié)構(gòu)的結(jié)合能二階差分值D2Eb(N)

3、呈奇偶交替的變化規(guī)律,其能隙Egap也呈奇偶交替的變化規(guī)律,表現(xiàn)出明顯的半導(dǎo)體特性,構(gòu)成了砷化鎵材料的EL深能級(jí)缺陷,對砷化鎵材料的能帶結(jié)構(gòu)和光屯特性有著重要的影響?；鶓B(tài)團(tuán)簇的振動(dòng)頻率均在THz頻段,為團(tuán)簇的THz波檢測實(shí)驗(yàn)提供了依據(jù),同時(shí)也為砷化鎵材料的THz波輻射研究提供了一定的幫助。
　　2 GaAs團(tuán)簇深能級(jí)缺陷模型的內(nèi)部深淺VAsVOa缺陷的最低施主缺陷能級(jí)均位于導(dǎo)帶底以下0.4leV,該值接近于EL6缺陷能級(jí)的實(shí)驗(yàn)值(

4、Ec-0.38eV),內(nèi)部VAsVGa缺陷能級(jí)造成導(dǎo)帶極小值和價(jià)帶極大值不在同一個(gè)高對稱點(diǎn)處;表面VAsVG。缺陷的晟低施主缺陷能級(jí)位于導(dǎo)帶底以下0.39eV,該值也接近于EL6缺陷能級(jí)的實(shí)驗(yàn)值;從內(nèi)部到表面VAsVGa缺陷的形成能逐步增大,該類缺陷由材料表面向內(nèi)部遷移相對容易。
　　3 GaAs團(tuán)簇深能級(jí)缺陷模型的內(nèi)部深淺AsG。GaAs缺陷的最低施主缺陷能級(jí)均位于導(dǎo)帶底以下0.83eV,接近于EL2缺陷能級(jí)的實(shí)驗(yàn)值(Ec-0.

5、82eV)。該類缺陷在砷化鎵材料內(nèi)部的形成能是相同的,不受內(nèi)部深淺位置的影響,內(nèi)部AsG。GaAs缺陷能級(jí)保持導(dǎo)帶極小值和價(jià)帶極大值在同一個(gè)高對稱點(diǎn)處;表面AsG。GaA。缺陷的最低施主缺陷能級(jí)位于導(dǎo)帶底以下0.85eV,該值接近于EL2缺陷能級(jí)的實(shí)驗(yàn)值;從內(nèi)部到表面AsOaGaAs缺陷的形咸難度增大,該類缺陷由材料表面向內(nèi)部遷移相對容易。
　　4 Ga2As+團(tuán)簇深能級(jí)缺陷模型在富Ga條件下,AsGaGaAsGai+比VAsVG

6、aGai+團(tuán)簇缺陷的形成能小,前者比后者更容易形成,二者的最低施主缺陷能級(jí)均位于導(dǎo)帶底以下0.85eV,該值接近于EL2缺陷能級(jí)的實(shí)驗(yàn)值(Ec-0.82eV),并且VAsVGaGai+與AsGaGaAsGai+團(tuán)簇缺陷能級(jí)均造成導(dǎo)帶的極小值和價(jià)帶的極大值不在同一個(gè)高對稱點(diǎn)處,因此在電子躍遷過程中可能存在動(dòng)量變化。
　　5 Ga2As+團(tuán)簇深能級(jí)缺陷模型在富As條件下,VAsVGaVGa-團(tuán)簇缺陷的最低施主缺陷能級(jí)位于導(dǎo)帶底以下0.

7、39eV,該值接近于EL6缺陷能級(jí)的實(shí)驗(yàn)值(Ec-0.38eV)。團(tuán)簇缺陷AsGaGaAsVGa-比VAsVGaVGa-團(tuán)簇缺陷的形成能低,因此AsGaGaAsVGa-比VAsVGaVGa-團(tuán)簇缺陷更容易形成,并且AsGaGaAsVGa-團(tuán)簇缺陷的最低施主缺陷能級(jí)位于導(dǎo)帶底以下0.87eV,接近于EL2缺陷能級(jí)的實(shí)驗(yàn)值(Ec-0.82eV),并且二者均造成導(dǎo)帶極小值和價(jià)帶極大值不在同一個(gè)高對稱點(diǎn)處,因此在電子躍遷過程中可能存在動(dòng)量變化。

8、
　　6在300K≤T≤1173K溫度下,EL6深能級(jí)VAsVGa團(tuán)簇缺陷向相對穩(wěn)定的復(fù)合EL2深能級(jí)GaAsAsGaVAsVGa團(tuán)簇缺陷發(fā)生轉(zhuǎn)變,增大了電子躍遷所需的能量,并造成導(dǎo)帶極小值和價(jià)帶極大值不在同一個(gè)高對稱點(diǎn)處,因此在電子的躍遷過程中可能存在動(dòng)量變化。在1173K