GaN和SnS2基低維體系的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì).pdf

1、全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加速了化石能源的枯竭，近年來(lái)越來(lái)越多的科學(xué)家開(kāi)始關(guān)注和研究新型節(jié)能環(huán)保的光學(xué)材料。本文首先在有效質(zhì)量近似下，運(yùn)用變分法研究了纖鋅礦結(jié)構(gòu)InGaN staggered量子阱中的激子態(tài)和光學(xué)性質(zhì)，然后運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理方法分別研究了纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO/GaN超薄超晶格和雙層SnX2(X=S，Se)納米薄膜的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。論文第一章敘述了三代典型半導(dǎo)體的研究現(xiàn)狀，以及論文研究對(duì)象纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN、ZnO和層

2、狀結(jié)構(gòu)SnX2(X=S，Se)的性質(zhì)和應(yīng)用。第二章介紹了有效質(zhì)量近似、變分法及基于密度泛函理論的第一性原理方法。第三章到第五章研究了GaN和SnX2基低維體系的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。本文的主要研究?jī)?nèi)容可以分為三大部分:
　　首先，運(yùn)用了有效質(zhì)量近似方法研究了纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN基低維結(jié)構(gòu)中的激子態(tài)。對(duì)纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN/In0.2Ga0.8N/InyGa1-yN/GaN對(duì)稱和非對(duì)稱staggered量子阱的研究，研究結(jié)果表明纖鋅礦結(jié)構(gòu)In

3、GaN staggered量子阱的激子結(jié)合能、電子-空穴復(fù)合率和發(fā)光波長(zhǎng)與staggered量子阱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如量子阱寬Lw和銦含量y有重要關(guān)系。對(duì)于纖鋅礦結(jié)構(gòu)InGaN對(duì)稱staggered量子阱，當(dāng)阱寬Lw和銦含量y增加時(shí)，激子結(jié)合能和電子-空穴復(fù)合率減小，而發(fā)光波長(zhǎng)增加。對(duì)于任意的勢(shì)阱寬度，當(dāng)銦含量大于0.1時(shí)，纖鋅礦結(jié)構(gòu)InGaN對(duì)稱staggered量子阱的激子結(jié)合能和電子-空穴復(fù)合率不再隨著銦含量y的增加而發(fā)生明顯變化。然而

4、，在纖鋅礦結(jié)構(gòu)InGaN非對(duì)稱staggered量子阱中，當(dāng)In0.2Ga0.8N層的寬度增加時(shí)，激子結(jié)合能和電子-空穴復(fù)合率存在極大值。研究結(jié)果表明，為了得到高效的以纖鋅礦InGaN staggered量子阱為有源區(qū)的藍(lán)綠光發(fā)光二極管，纖鋅礦結(jié)構(gòu)InGaN對(duì)稱staggered量子阱的阱寬應(yīng)小于6nm，銦含量應(yīng)小于0.1。
　　其次，運(yùn)用第一性原理方法研究了纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN/ZnO超薄超晶格的電子結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，晶體的生長(zhǎng)方

5、向和超晶格的尺寸對(duì)纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN/ZnO超晶格的帶隙值有較大影響。極性纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN/ZnO超晶格中存在著由壓電極化和自發(fā)極化引起的內(nèi)建電場(chǎng)，這個(gè)較強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)明顯導(dǎo)致極性GaN/ZnO超晶格的帶隙值小于非極性超晶格的帶隙值。當(dāng)GaN層的厚度為5個(gè)原子層時(shí)，極性纖鋅礦結(jié)構(gòu)1GaN/nZnO超晶格的帶隙隨著GaN層數(shù)的增加而存在一個(gè)極大值。對(duì)于非極性纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN/ZnO超晶格，當(dāng)ZnO層的厚度大于2個(gè)原子層時(shí)，纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN/Z

6、nO的帶隙值隨GaN層的厚度不再發(fā)生明顯變化。研究結(jié)果表明，可以通過(guò)改變超晶格的尺寸來(lái)調(diào)節(jié)極性和非極性纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN/ZnO超薄超晶格的帶隙值，期望研究結(jié)果有助于高效寬光譜半導(dǎo)體光電器件的設(shè)計(jì)。
　　最后，用第一性原理方法詳細(xì)研究了不同堆積類型對(duì)雙層SnX2薄膜的穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，體材料堆積類型AA是最穩(wěn)定的，同時(shí)這種最穩(wěn)定的位型具有最小的平衡層間距離。對(duì)于不同的堆積類型，雙層SnS2(SnSe2)