GaN納米線的P型摻雜的第一性原理研究.pdf

1、以GaN為代表的Ⅲ-Ⅴ族直接帶隙半導體具有寬帶隙（Eg=3.39 eV），發(fā)光效率高、電子漂移飽和速度高、熱導率高、硬度大、介電常數小、化學性質穩(wěn)定以及耐輻射、耐高溫等優(yōu)點。其在高亮度發(fā)光二極管、紫外.藍光激光器和紫外探測器等光電子器件以及抗輻射、高頻、高壓、高溫等電子器件有著巨大的應用潛力和廣闊的市場前景。20世紀90年代后期，由于關鍵技術的突破，材料生長和器件制造工藝水平的不斷提高，使得GaN成為寬禁帶半導體材料中的佼佼者。根據不斷

2、降低器件尺寸的要求，基于具有優(yōu)異性質的納米尺寸材料制造納米器件是很有意義的，GaN納米結構，特別是納米線是滿足這種要求的一種很有希望的材料。
　　 最近幾年，已經提出了很多制備GaN納米線的方法，并且進行了一系列相關的實驗工作，但是很多實驗現象還不能夠得到很好的解釋，因此就需要理論上的研究來解釋這些實驗現象，并對實驗工作進行預測和指導。目前的研究納米線的最有利的研究方法之一是基于密度泛函理論的第一性原理方法。這是因為，首先由于計

3、算條件的限制，在用第一性原理的方法計算體相材料時往往模擬摻雜濃度過高，有悖于真實實驗情況，而目前的實驗上摻雜的納米線的雜質濃度很多都在百分量級上，這樣建立的模型能夠更加接近實驗。其次第一性原理能夠方便的模擬不同結構、截面、和不同官能團修飾表面的納米線，具有很高的靈活性。
　　 GaN體材料具有很高的背景載流子濃度，這個問題也同樣存在于GaN納米線中，所以如何能夠最有效的實現GaN材料的P型轉變對于未來GaN納米器件的制備是至關重

4、要的。因此本文采用量子力學第一性原理的方法在三種條件下分別計算了Mg摻雜六方結構的GaN納米線的以考察這些條件對于P型轉變的所起的影響。
　　 （1）GaN納米線表面沒有經過任何官能團的修飾，利用96個原子的模型選取三個不同對稱性的位置進行摻雜，其中摻雜劑是Mg原子。
　　 （2）利用H原子使其和GaN納米線表面上懸掛鍵反應形成新鍵，達到修飾的表面的作用。之后按照條件（1），在相同的摻雜位置進行摻雜。
　　 （3

5、）GaN納米線表面沒有經過任何官能團的修飾，增加摻雜劑數量以模擬高濃度的Mg重摻雜的效果。按照擴散方向選取從納米線表面到內層的三個不同的摻雜構型進行模擬。
　　 計算結果顯示，在三種不同條件下，摻雜劑最容易沉積在納米線表面形成穩(wěn)定的摻雜，這個結果和一些理論計算結果相同。通過計算發(fā)現，摻雜和表面修飾是調制能帶結構和實現P型轉變的兩種最有利的方法。當表面上所有懸掛鍵均被飽和之后，能帶寬度被固定，不同的摻雜位置不對能帶產生影響。此外，