砷化鎵團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體材料,并且擁有直接帶隙雙能谷的結構特性,它憑借優(yōu)越的光電特性在光電子和微電子學方面得到廣泛應用。非摻雜SI-GaAs材料中的深能級團簇缺陷影響材料與器件的光電性能,以及深入研究GaAs團簇缺陷的結構和性質(zhì)。在對GaAs納米材料的應用和制備方面,以及在半絕緣砷化鎵材料的團簇缺陷的光電子特性和微觀結構的分析方面,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算方法,對富鎵中性砷化鎵團簇的幾何結構和振動頻率進行了計算,分析了團簇基態(tài)結構的穩(wěn)定性規(guī)律,并對半絕緣砷化鎵材料中的GaAs與Ga7As+團簇深能級缺陷模型進行計算,以及采用分子動力學模擬方法計算分析了溫度對深能級VAsVG。團簇缺陷穩(wěn)定性的影響。所得結論如下所示:
　　l在富鎵中性GanAsm(n=l-9,m=l-3)團簇的結構中,隨著總原子數(shù)的增大,每類結構的團簇基態(tài)結構的結合能二階差分值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)出明顯的半導體特性,構成了砷化鎵材料的EL深能級缺陷,對砷化鎵材料的能帶結構和光屯特性有著重要的影響?；鶓B(tài)團簇的振動頻率均在THz頻段,為團簇的THz波檢測實驗提供了依據(jù),同時也為砷化鎵材料的THz波輻射研究提供了一定的幫助。
　　2 GaAs團簇深能級缺陷模型的內(nèi)部深淺VAsVOa缺陷的最低施主缺陷能級均位于導帶底以下0.4leV,該值接近于EL6缺陷能級的實驗值(

4、Ec-0.38eV),內(nèi)部VAsVGa缺陷能級造成導帶極小值和價帶極大值不在同一個高對稱點處;表面VAsVG。缺陷的晟低施主缺陷能級位于導帶底以下0.39eV,該值也接近于EL6缺陷能級的實驗值;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團簇深能級缺陷模型的內(nèi)部深淺AsG。GaAs缺陷的最低施主缺陷能級均位于導帶底以下0.83eV,接近于EL2缺陷能級的實驗值(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缺陷能級保持導帶極小值和價帶極大值在同一個高對稱點處;表面AsG。GaA。缺陷的最低施主缺陷能級位于導帶底以下0.85eV,該值接近于EL2缺陷能級的實驗值;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+團簇深能級缺陷模型在富Ga條件下,AsGaGaAsGai+比VAsVG

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

7、39eV,該值接近于EL6缺陷能級的實驗值(Ec-0.38eV)。團簇缺陷AsGaGaAsVGa-比VAsVGaVGa-團簇缺陷的形成能低,因此AsGaGaAsVGa-比VAsVGaVGa-團簇缺陷更容易形成,并且AsGaGaAsVGa-團簇缺陷的最低施主缺陷能級位于導帶底以下0.87eV,接近于EL2缺陷能級的實驗值(Ec-0.82eV),并且二者均造成導帶極小值和價帶極大值不在同一個高對稱點處,因此在電子躍遷過程中可能存在動量變化。

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