氮化銦（0001）表面結(jié)構(gòu)的第一原理研究.pdf

1、本文利用基于密度泛函理論的第一原理總能計算方法，分別用US-PP(Ustralsoft-pseudopotential)勢和PAW(projector augmented-wave)勢對InN的晶格常數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。計算中平面波截斷能量分別取為395.7 eV(US-PP)、400.0 eV(PAw)，關(guān)聯(lián)相互作用選取廣義梯度近似(GGA)形式的非局域關(guān)聯(lián)勢，In 4d電子被作為價電子。優(yōu)化表明用US-PP勢計算的結(jié)果更接近實驗值，優(yōu)化得

2、到了理論晶格常數(shù)a=3.522 A，c=5.701A。 本文研究了InN(0001)表面結(jié)構(gòu)，比較了在不同銦、氮覆蓋度下的各種吸附結(jié)構(gòu)的形成能，分析了表面缺陷對表面影響。US-PP勢總能計算結(jié)果表明對低覆蓋度結(jié)構(gòu)，氮在T<,4>位形成能比在Top和H<,3>位稍低。對高覆蓋度結(jié)構(gòu)，氮在H<,3>位比top和T<,4>位穩(wěn)定。氮在InN(0001)表面形成能隨覆蓋度的減小而減小，氮在InN(0001)面的(2×2)結(jié)構(gòu)H<,3>位

3、吸附最穩(wěn)定。銦在T<,4>位形成能比在Top和H<,3>位稍低。銦的形成能隨覆蓋度振蕩變化，銦在InN(0001)面的(1×2)結(jié)構(gòu)T<,4>位吸附最穩(wěn)定。氮空位和In-V<,N>形成能較低；隨著銦化學(xué)勢的變化，穩(wěn)定的表面結(jié)構(gòu)隨之改變。富銦條件下，氮空位形成能為負(fù)值，In-V<,N>形成能比氮空位低。富氮條件下，In-V<,N>形成能比氮空位高。此外，氮空位形成能隨銦化學(xué)勢的增加而減小，氮化銦中氮空位可能直接導(dǎo)致了高載流子濃度現(xiàn)象。

4、 本文進(jìn)一步研究了干凈和缺陷InN(0001)表面吸附氧原子前后穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，計算并比較了在不同氧覆蓋度下和不同的In(或N)化學(xué)勢下各種氧吸附結(jié)構(gòu)的形成能，對于減小氧度具有重要意義。氧在InN表面的吸附，超原胞模型選取為2×2的六個InN雙原子層為基底，在表面上分別考慮吸附1/4層、1/2層、3/4層和1層氧原子。研究了氧在InN(0001)面吸附前后的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，比較了氧在InN(0001)表面吸附能與氧覆蓋度的關(guān)系，并把表面馳豫結(jié)構(gòu)

5、和能量值與以前的理論和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，InN(0001)表面對氧有較強的吸附性，氧在InN(0001)表面上吸附在H<,3>位要比吸附在Top、T<,4>位穩(wěn)定，吸附能隨著氧覆蓋度的增加而減小，1/4 MLs氧原子吸附在InN(0001)-(2×2)襯底上H<,3>位是最穩(wěn)定的吸附結(jié)構(gòu)。如果InN(0001)表面覆蓋1層In增原子結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。對于不同的表面缺陷，氧占據(jù)氮位形成能較低，可能會導(dǎo)致n型InN薄膜。氧的摻入很可能