GaAs及GaAs1-x-yNxBiy四元半導(dǎo)體材料的第一性原理研究.pdf

1、隨著全球科技快速發(fā)展，當(dāng)今世界已經(jīng)進入了高速信息時代，光電技術(shù)在信息時代的科技發(fā)展中有著至關(guān)重要的地位，而在光電技術(shù)的發(fā)展中，半導(dǎo)體材料憑借著其良好的性能特點占據(jù)了很重要的地位，并迅速地擴大著它的應(yīng)用領(lǐng)域。在半導(dǎo)體材料中，Ⅲ-Ⅴ族化合物又占了很大的比重，其中以GaAs化合物半導(dǎo)體為顯著代表。化合物半導(dǎo)體GaAs作為可飽和吸收體由于其穩(wěn)定的光化學(xué)特性，良好的熱導(dǎo)性，無退化和高損傷閾值等優(yōu)點被應(yīng)用于全固態(tài)被動調(diào)Q激光器等多種光電器件，GaA

2、s相關(guān)的多元化合物半導(dǎo)體也被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。所以GaAs及其相關(guān)的多元化合物半導(dǎo)體的研究是非常重要的，它是研究Ⅲ-Ⅴ族化合物特性的基礎(chǔ)。
　　所以，本文中我們采用第一性原理的計算方法，基于密度泛函理論對GaAs及其四元合金GaAsNBi相關(guān)的性質(zhì)進行了理論模擬計算，并對得到的結(jié)果進行詳細地分析，以便能更好的理解它們的基礎(chǔ)特性，并分析新功能材料的電子、光學(xué)特性，為設(shè)計新功能材料提供理論依據(jù)。文中我們主要分兩部分對GaAs及其四元

3、合金GaAsNBi相關(guān)的性質(zhì)進行了計算和分析。
　　首先，本文對GaAs點缺陷的性質(zhì)進行了計算，探索EL2深能級缺陷的構(gòu)成。EL2深能級缺陷是GaAs材料生長過程中產(chǎn)生的原生缺陷，在GaAs半導(dǎo)體調(diào)Q激光器中，發(fā)生可飽和吸收的主要機制得益于EL2深能級缺陷的存在，因此，為了更好地提升GaAs材料的可飽和吸收特性，如何在GaAs晶體的生長過程中控制EL2深能級缺陷的產(chǎn)生是必須解決的問題。要解決這個問題，就必須對EL2深能級缺陷的結(jié)構(gòu)

4、有深入的了解。文中我們從GaAs的本征點缺陷著手，采用第一性原理的方法，詳細計算了GaAs中幾種常見的缺陷:Ga空位(VGa)，As空位(VAs)，Ga反位(GaAs)，As反位(AsGa)，Ga間隙(Gai)和As間隙(Asi)對能帶結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)的影響，并將缺陷引起的雜質(zhì)能級與EL2深能級缺陷進行對比，進一步探索EL2深能級缺陷的組分。
　　此外，本文還對N、Bi共摻入GaAs的GaAsNBi四元化合物的性質(zhì)做了詳細的計算，采

5、用第一性原理的計算方法具體計算了與完美結(jié)晶的GaAs晶格匹配的GaAs1-x-yNxBiy四元化合物的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度圖，分析摻雜對能帶和電子占據(jù)的影響。同時分別計算了GaAs和GaAs1-x-yNxBiy四元化合物的光學(xué)性質(zhì)，包括它們的介電函數(shù)ε(ω)、吸收系數(shù)α(ω），折射率n(ω)，能量損耗L(ω)和反射率R(ω)，并對不同組分的GaAs1-x-yNxBiy四元化合物進行了計算，進一步探討摻雜元素對化合物半導(dǎo)體的作用。