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1、哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計題目：Mn摻雜GaN的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)院系：應(yīng)用科學(xué)學(xué)院微電子學(xué)姓名：楊健指導(dǎo)教師：譚昌龍系主任：姜久興2014年6月18日1Mn摻雜GaN的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)摘要采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理平面波贗勢法(PWP)計算Mn摻雜GaN(Ga1-xMnxN)晶體的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì),詳細討論摻雜后電子結(jié)構(gòu)的變化.計算表明,Mn摻雜GaN使得Mn3d與N2p軌道雜化,產(chǎn)生自旋極化雜質(zhì)帶,Ga1-xMnxN表現(xiàn)為半金屬性,非常適于自旋注入,說明該種材料是實現(xiàn)自旋電子器件的理想材料.另結(jié)合實
2、驗結(jié)果分析摻雜后體系的光學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)吸收譜在1.3eV處出現(xiàn)吸收峰,吸收系數(shù)隨Mn2+濃度增加而增大.分析表明,該峰是源于Mn2+離子e態(tài)與t2態(tài)間的帶內(nèi)躍遷.關(guān)鍵詞:Mn摻雜GaN;第一性原理;電子結(jié)構(gòu);居里溫度(TC);光學(xué)性質(zhì).1ElectronicStructureandOpticalPropertiesofGaNbyMn-DopingAbstractElectronicstructureandopticalpropertiesforseveralMndopingGaN(Ga1-xMnxN)werecalcul
3、atedusingdensityfunctionaltheory.Wefoundthattheformationofa100%spinpolarizedimpuritybandinbandstructureofGa1-xMnxNwhichwasprimarilyduetohybridizationofMn3dandN2porbitals.Thematerialwashalfmetallic.SoGaxMn1-xNwasahighlysuitablematerialforspininjectors.Inaddition,
4、apeakofabsorptionduetothetransitionbetweenestateandt2stateofMn2+ioncouldbeobservednear1.3eV.TheabsorptioncoefficientincreasedwiththeincreaseoftheMn2+concentration.KeyWords:Ga1-xMnxN;First-principles;Electronicstructure;Curietemperature;Opticalproperty1目錄摘要2Abstr
5、act3目錄4第一章緒論61.1引言61.2GaN的基本性質(zhì)、應(yīng)用和摻雜問題研究現(xiàn)狀61.2.1GaN的結(jié)構(gòu)61.2.2GaN的電學(xué)性質(zhì)61.2.3GaN的光學(xué)性質(zhì)71.2.4GaN器件的應(yīng)用71.2.5GaN參雜問題研究現(xiàn)狀7第二章第一性原理方法簡介72.1第一性原理方法72.2密度函數(shù)理論82.2.182.2.282.2.382.2.482.2.58第三章Mn摻雜GaN及GaN的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)913.1引言93.2模型結(jié)構(gòu)和計算方法103.2.1模型構(gòu)建103.2.2計算方法103.3計算結(jié)果與討論113.3.
6、1GaN體相計算113.3.2Mn摻雜GaN的電子結(jié)構(gòu)133.2.3光學(xué)性質(zhì)15結(jié)論18致謝19參考文獻201第一章緒論1.1引言1.2GaN的基本性質(zhì)、應(yīng)用和摻雜問題研究現(xiàn)狀1.2.1GaN的結(jié)構(gòu)1.2.2GaN的電學(xué)性質(zhì)11.2.3GaN的光學(xué)性質(zhì)1.2.4GaN器件的應(yīng)用1.2.5GaN參雜問題研究現(xiàn)狀第二章第一性原理方法簡介2.1第一性原理方法12.2密度函數(shù)理論2.2.12.2.22.2.32.2.42.2.51第三章Mn摻雜GaN及GaN的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)3.1引言稀磁半導(dǎo)體(dilutedmagneti
7、csemiconductor,DMS)是利用電子的電荷特性和自旋特性使材料同時具備半導(dǎo)體材料和磁性材料的特性,如自旋極化輸運或自旋注入等.DMS是指在II鄄IV族或III鄄V族化合物半導(dǎo)體中,由磁性過渡金屬離子或稀土金屬離子部分替代非磁性陽離子所形成的一類新型半導(dǎo)體材料.III鄄V族化合物半導(dǎo)體GaN具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性質(zhì)及熱穩(wěn)定性,又因其具有寬帶隙、介電常數(shù)小、擊穿電壓高等特點而成為優(yōu)良的光電器件材料.在非光電子應(yīng)用方面,與GaAs、Si等材料相比具有本征點缺陷形成能很大,二次缺陷難以產(chǎn)生等特點,這對高溫、大功率器
8、件來說是非常有利的.通過材料優(yōu)值比較[1],發(fā)現(xiàn)GaN的Keye(代表材料適合于集成電路的程度)、Johnson(衡量高功率器件)、Balign(衡量功率開關(guān)的指標)幾項優(yōu)值僅次于金剛石,遠大于GaAs、Si、SiC等材料.因此,該材料已成為制備半導(dǎo)體器件的代表性材料.在理論計算預(yù)測方面,Mn、Cr或V摻雜GaN的居里溫度(Tc)
