N空位、Ga空位对GaN∶Mn体系电磁性质和光学性质影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法分别计算了VGa和VN距掺入Mn原子为近邻、次近邻、远近邻各3种情况下GaN体系的电子结构和光学性质,分析比较了空位的不同位置对Mn掺杂GaN体系磁性的影响。计算结果表明,Mn掺杂会导致GaN体系带隙增大且体系表现为半金属铁磁性;VN的存在会增强缺陷复合物体系的铁磁性,且随着VN相对杂质Mn距离越近,体系总磁矩增加;而VGa的存在会降低缺陷复合物体系的铁磁性,且随Ga空位相对杂质Mn距离越近,体系总磁矩减少。不同位置的VGa和VN均会导致缺陷复合物体系主吸收峰和光吸收边相对于单Mn掺杂而言向低能方向移动,出现红移现象。

C-V法测量GaN基蓝光LED的PN结特性

应用C-V法研究了GaN基蓝光LED的PN结特性.通过变温的C-V曲线、相应的C-2-V曲线和C-3-V曲线判断GaN基PN结的结类型,计算杂质浓度分布和PN结接触电势差,并分析了温度变化对PN结特性的影响.该实验不仅能加深学生对二极管PN结及C-V法应用的认识和理解,还可以让学生了解GaN新型半导体材料的相关知识.

高压强下GaN的结构相变及电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的平面波赝势方法,选择广义梯度近似(GGA)下的PBE算法-关联泛函对GaN晶体结构、能带结构以及电子态密度随压强的变化进行了研究,并计算出GaN材料的相变点压强值。研究结果表明:随着压强增加,常见的纤锌矿与闪锌矿GaN会发生结构相变成岩盐矿结构,并且其能带结构均由直接带隙转变成间接带隙。其中,通过焓相等原理得到纤锌矿到岩盐矿结构的相变压强为44.4GPa,而闪锌矿到岩盐矿结构的相变压强为43.6GPa。此外,随着压强增大,GaN纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿的价带态密度均向低能方向偏移,而导带态密度向高能方向偏移,从而导致GaN共价性增强及带隙随压强增大而展宽。

Mn掺杂浓度对Mn-N共掺ZnO电子结构及磁性的影响

采用第一性原理的超软赝势法,分别计算单掺杂Mn、Mn-N按1∶1和2∶1共掺杂ZnO掺杂体系的形成能、能带结构、态密度以及铁磁性。计算结果表明,单掺Mn并不能得到稳定的ZnO,Mn-N共掺会形成p型ZnO。相对Mn-N以1∶1共掺(Mn掺杂浓度6.25%),Mn-N以2∶1共掺(Mn掺杂浓度12.5%)具有更低的形成能,更高的化学稳定性。进一步对ZnO掺杂体系的磁性研究表明,单掺Mn及Mn-N共掺均使ZnO体系呈现铁磁性,其磁性主要来源于Mn3d态电子;在Mn-N以2∶1共掺ZnO体系中,由于Mn掺杂浓度提高,导致总磁矩增加,铁磁性增强明显。