GaN表面缺陷及其擴散的理論研究.pdf

1、本論文選擇基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，對GaN晶體和極性表面的缺陷結(jié)構(gòu)進行了模擬計算。所有的計算均采用Materials Studio4.0中的CASTEP軟件包。
　　 首先，計算了六方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，詳細討論了不同空位缺陷對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GaN(0001)面本征點缺陷(Ga空位、N空位、Ga替代N、N替代Ga、Ga間隙、N間隙)進行了理論研究。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，有利于同電負性較大的原

3、子結(jié)合。通過分析Vaa和VN缺陷表面的態(tài)密度，發(fā)現(xiàn)：VN缺陷導(dǎo)致費米能級向高能導(dǎo)帶移動得到n型GaN(施主)，VGa缺陷引起了費米能級向價帶方向移動是受主缺陷。
　　 通過分析點缺陷對表面結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)：空位缺陷對晶格結(jié)構(gòu)影響較?。惶嫖籊a與Ga5原子鍵斷裂并與周圍近鄰Ga原子形成金屬鍵，Naa缺陷的存在使周圍N原子自發(fā)地與Naa原子團聚；間隙Ga原子的存在使表面層Ga1原子弛豫到了真空層。通過計算各點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)。
　　 同時我們也計算了GaN(0001)表面空位缺陷的形成能，結(jié)果顯示：無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空位促使費米能級向?qū)Х较蛞苿?，VN是施主缺陷。
　　 最后，采用分子動力學(xué)的方法對表面N空