掺杂构型设计对InPBi电子结构的影响研究

作     者：沈婉婷 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩利红

授予年度：2018年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：第一性原理 InPBi半导体材料 凝聚态团簇 掺杂构型 

摘      要：通常在ⅢII-Ⅴ族材料中掺入等电子杂质可以调节其电子或光学性质。为了满足不同的材料和器件需求,将Bi掺入InP材料中能够通过抑制俄歇复合作用和价间带吸收(IVBA)过程,进一步拓展跃迁波长。本论文采用不同的团簇模型和体模型对InPBi材料进行研究,分析了杂质Bi原子对体系的作用机制及不同掺杂构型的影响。计算随着Bi浓度增加不同构型的带隙变化参数,为实验中确定与标定杂质类型有重要的参考价值。本论文的研究内容主要分为两个部分:(1)BinPm(n+m≤14)团簇。对电中性BinPm团簇的结构稳定性、电子特性和振动光谱进行了一系列研究。发现随着团簇尺寸的增大,所有稳定结构的几何演化呈现无定型特征。其中结合能、能量增益和HOMO-LUMO间隙证实了所有四原子结构的BinPm团簇的相对稳定性。随着P原子浓度增加,团簇越稳定,表明InPBi化合物中更容易出现Pn团簇和四原子BinPm团簇。(2)InP1-xBix体相模型。从不同角度深入研究了掺杂Bi元素对InP1-xBix半导体材料性质的影响,其中包括应力和化学效应、掺杂浓度及掺杂构型的影响。高浓度掺杂情况下,能带带隙的减小主要受Bi原子在晶格中引入的应力效应影响。杂质Bi原子主要扰动费米能级附近的价带部分,对导带位置的能带影响比较小。随着掺杂浓度增加,带隙显著减小,自旋轨道分裂能轻微增大。不同掺杂模型对体系能带结构的影响各不相同,可以认为实验中得到的能带结构是以上几种模型共同作用的结果。