本文主要研究内容
作者谢子娟（2019）在《混合QM/MM嵌入团簇法对氮化镓中缺陷的研究》一文中研究指出：GaN是一种典型的宽禁带半导体,一直是凝聚态物理和材料物理研究的重点。GaN通过掺杂可实现n型或p型导电,以及不同波段包括可见光和紫外光范围的光致发光,因此广泛应用于发光二极管和激光二极管等领域,具有巨大的科学和应用价值。GaN的半导体行为和光电响应往往由点缺陷的相关过程决定。尽管经过了多年的理论和实验研究,学术界对这些点缺陷过程的理解仍然存在很多争议。理论计算描述半导体中带电缺陷的主要困难是如何统一地确定不同缺陷能级的位置,而这一点很难用惯用的超胞方法计算得出。另外,介电材料中的带电缺陷会通过长程力产生极化作用,这一作用对缺陷的模拟结果有很大影响。本论文使用混合量子力学/分子力学(QM/MM)嵌入团簇法,可以直接计算所有缺陷态的静电势的公共零点,并且善于描述晶体中局部电荷引起的极化,有利于研究半导体中的缺陷。利用这种方法,本文研究了未掺杂或n型掺杂GaN中的电学和发光性质。半导体中浅能级缺陷的计算一直是一个难点,GaN的n型杂质Si和O的计算就存在这样的问题。许多光谱学的实验表明,Si和O掺杂会在GaN中引入浅的缺陷能级从而束缚载流子。然而,在以往有限数量的计算研究中并未考虑这样的缺陷能级。本论文计算了O和Si能级的非局域性,并在混合QM/MM嵌入团簇法的框架下提出了一种处理非局域浅能级的方法,从而给出与实验结果符合得很好的Si和O缺陷能级位置。在未掺杂或n型掺杂的GaN样品中总是有一个黄色的光致发光带,经常伴随着绿色和(或)红色的发光带而形成较宽的发光谱。这个常见黄光的来源仍然是实验和计算研究争论的重点。本论文研究了Ga空位和O杂质的复合缺陷,发现与O复合后Ga空位的形成能减小,而相应的热力学和光学转变能级基本不变。此外,提出了载流子扩散态的概念。考虑扩散态后,Ga空位和O杂质的复合缺陷的空穴跃迁会形成黄色以及绿色、红色的发光,取决于跃迁的空穴载流子的初始态。计算结果可以很好的解释实验观测到多个光致发光峰的现象。除了黄光之外,在未掺杂的GaN中还可以观测到多个紫外和可见光范围的发光峰,哪种缺陷的哪个能级引起了哪个发光峰至今仍然没有定论。未掺杂的GaN呈现n型导电,这个n型导电的来源也存在争论。另外GaN的p型掺杂的困难也是研究的热点。本文研究了GaN的本征缺陷,计算了它们的结构、缺陷能级、形成能、缺陷浓度及发光性质。N空位是GaN中热力学最稳定的本征缺陷,它贡献了未掺杂GaN的n型导电,然而并不是该n型导电的主要来源,这一结论与实验相符。n型GaN中难以形成动力学稳定的受主态,这解释了为什么实验上GaN的n型掺杂很容易。然而,在一般温度的平衡条件下GaN的p型掺杂将被N空位补偿,难以观测到显著的空穴浓度,这表明p型GaN中非平衡过程占主导。在红外、可见光和紫外发光区域识别了本征缺陷的光谱特征。计算了扩散轨道中电子和空穴的有效质量能级,这些能级在发光过程中会与相应的局域态竞争,据此可以将GaN中常常观测到的3.46和3.25-3.27 eV附近的紫外光发光峰归因于N空位。
Abstract
GaNshi yi chong dian xing de kuan jin dai ban dao ti ,yi zhi shi ning ju tai wu li he cai liao wu li yan jiu de chong dian 。GaNtong guo can za ke shi xian nxing huo pxing dao dian ,yi ji bu tong bo duan bao gua ke jian guang he zi wai guang fan wei de guang zhi fa guang ,yin ci an fan ying yong yu fa guang er ji guan he ji guang er ji guan deng ling yu ,ju you ju da de ke xue he ying yong jia zhi 。GaNde ban dao ti hang wei he guang dian xiang ying wang wang you dian que xian de xiang guan guo cheng jue ding 。jin guan jing guo le duo nian de li lun he shi yan yan jiu ,xue shu jie dui zhe xie dian que xian guo cheng de li jie reng ran cun zai hen duo zheng yi 。li lun ji suan miao shu ban dao ti zhong dai dian que xian de zhu yao kun nan shi ru he tong yi de que ding bu tong que xian neng ji de wei zhi ,er zhe yi dian hen nan yong guan yong de chao bao fang fa ji suan de chu 。ling wai ,jie dian cai liao zhong de dai dian que xian hui tong guo chang cheng li chan sheng ji hua zuo yong ,zhe yi zuo yong dui que xian de mo ni jie guo you hen da ying xiang 。ben lun wen shi yong hun ge liang zi li xue /fen zi li xue (QM/MM)qian ru tuan cu fa ,ke yi zhi jie ji suan suo you que xian tai de jing dian shi de gong gong ling dian ,bing ju shan yu miao shu jing ti zhong ju bu dian he yin qi de ji hua ,you li yu yan jiu ban dao ti zhong de que xian 。li yong zhe chong fang fa ,ben wen yan jiu le wei can za huo nxing can za GaNzhong de dian xue he fa guang xing zhi 。ban dao ti zhong jian neng ji que xian de ji suan yi zhi shi yi ge nan dian ,GaNde nxing za zhi Sihe Ode ji suan jiu cun zai zhe yang de wen ti 。hu duo guang pu xue de shi yan biao ming ,Sihe Ocan za hui zai GaNzhong yin ru jian de que xian neng ji cong er shu fu zai liu zi 。ran er ,zai yi wang you xian shu liang de ji suan yan jiu zhong bing wei kao lv zhe yang de que xian neng ji 。ben lun wen ji suan le Ohe Sineng ji de fei ju yu xing ,bing zai hun ge QM/MMqian ru tuan cu fa de kuang jia xia di chu le yi chong chu li fei ju yu jian neng ji de fang fa ,cong er gei chu yu shi yan jie guo fu ge de hen hao de Sihe Oque xian neng ji wei zhi 。zai wei can za huo nxing can za de GaNyang pin zhong zong shi you yi ge huang se de guang zhi fa guang dai ,jing chang ban sui zhao lu se he (huo )gong se de fa guang dai er xing cheng jiao kuan de fa guang pu 。zhe ge chang jian huang guang de lai yuan reng ran shi shi yan he ji suan yan jiu zheng lun de chong dian 。ben lun wen yan jiu le Gakong wei he Oza zhi de fu ge que xian ,fa xian yu Ofu ge hou Gakong wei de xing cheng neng jian xiao ,er xiang ying de re li xue he guang xue zhuai bian neng ji ji ben bu bian 。ci wai ,di chu le zai liu zi kuo san tai de gai nian 。kao lv kuo san tai hou ,Gakong wei he Oza zhi de fu ge que xian de kong xue yue qian hui xing cheng huang se yi ji lu se 、gong se de fa guang ,qu jue yu yue qian de kong xue zai liu zi de chu shi tai 。ji suan jie guo ke yi hen hao de jie shi shi yan guan ce dao duo ge guang zhi fa guang feng de xian xiang 。chu le huang guang zhi wai ,zai wei can za de GaNzhong hai ke yi guan ce dao duo ge zi wai he ke jian guang fan wei de fa guang feng ,na chong que xian de na ge neng ji yin qi le na ge fa guang feng zhi jin reng ran mei you ding lun 。wei can za de GaNcheng xian nxing dao dian ,zhe ge nxing dao dian de lai yuan ye cun zai zheng lun 。ling wai GaNde pxing can za de kun nan ye shi yan jiu de re dian 。ben wen yan jiu le GaNde ben zheng que xian ,ji suan le ta men de jie gou 、que xian neng ji 、xing cheng neng 、que xian nong du ji fa guang xing zhi 。Nkong wei shi GaNzhong re li xue zui wen ding de ben zheng que xian ,ta gong suo le wei can za GaNde nxing dao dian ,ran er bing bu shi gai nxing dao dian de zhu yao lai yuan ,zhe yi jie lun yu shi yan xiang fu 。nxing GaNzhong nan yi xing cheng dong li xue wen ding de shou zhu tai ,zhe jie shi le wei shen me shi yan shang GaNde nxing can za hen rong yi 。ran er ,zai yi ban wen du de ping heng tiao jian xia GaNde pxing can za jiang bei Nkong wei bu chang ,nan yi guan ce dao xian zhe de kong xue nong du ,zhe biao ming pxing GaNzhong fei ping heng guo cheng zhan zhu dao 。zai gong wai 、ke jian guang he zi wai fa guang ou yu shi bie le ben zheng que xian de guang pu te zheng 。ji suan le kuo san gui dao zhong dian zi he kong xue de you xiao zhi liang neng ji ,zhe xie neng ji zai fa guang guo cheng zhong hui yu xiang ying de ju yu tai jing zheng ,ju ci ke yi jiang GaNzhong chang chang guan ce dao de 3.46he 3.25-3.27 eVfu jin de zi wai guang fa guang feng gui yin yu Nkong wei 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自哈尔滨工业大学的谢子娟，发表于刊物哈尔滨工业大学2019-12-07论文，是一篇关于点缺陷论文,混合论文,光致发光论文,型导电论文,扩散态论文,哈尔滨工业大学2019-12-07论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自哈尔滨工业大学2019-12-07论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。