纖鋅礦InN的表面結(jié)構(gòu)和氧吸附的第一原理研究.pdf

1、近幾年纖鋅礦InN半導(dǎo)體已成為人們關(guān)注的課題之一，本文利用基于密度泛函理論的第一原理總能計(jì)算方法，采用超原胞模型，研究了InN(0001)和(000(-1))兩個(gè)極性面的表面結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步研究了氧在其上的吸附。 首先研究了InN的表面結(jié)構(gòu)。對(duì)于(0001)面，在富In的環(huán)境下，兩層In吸附結(jié)構(gòu)要比一層In吸附結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而1×1的In吸附結(jié)構(gòu)要比2×2上吸附相等數(shù)量In的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。在富N的環(huán)境下，在所有計(jì)算的吸附結(jié)構(gòu)中2×2的N

2、原子在H3位吸附具有最低的能量。在In化學(xué)勢(shì)的整個(gè)變化范圍內(nèi)，和1×1的弛豫結(jié)構(gòu)相比吸附結(jié)構(gòu)基本上都不是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，只有兩層In的吸附在富In的環(huán)境下表現(xiàn)出了穩(wěn)定性，即最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。對(duì)于InN(000(-1))面研究的所有高對(duì)稱點(diǎn)的吸附和空位結(jié)構(gòu)，無論是In吸附還是N吸附結(jié)構(gòu)和干凈表面相比都是相對(duì)穩(wěn)定的。(000(-1))面In吸附表現(xiàn)出與(0001)面相反的結(jié)果，在富In的環(huán)境下，2×2的In在H3位吸附要比1×1上的吸附結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，1×

3、1的In吸附在Top位比其它的吸附位穩(wěn)定。然而在富In的環(huán)境下，2×2的N空位結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在富N的情況下2×2的N吸附在T4位是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 氧在InN表面的吸附，超原胞模型選取為2×2的六個(gè)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。計(jì)算結(jié)果表明氧在氮化銦表面的吸附有較大的吸附能。對(duì)于InN(0001)面，一個(gè)氧原子吸附在2×2的H3位是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，氧吸附原子的吸附能隨氧覆蓋

4、度的增加而減小。低的氧覆蓋率對(duì)應(yīng)著實(shí)際的生長環(huán)境，在實(shí)際的生長過程中，可能有少量的氧存在，在這種低的氧覆蓋度下InN(0001)表面很容易和氧發(fā)生作用，形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵，即InN中形成氧雜質(zhì)，進(jìn)而影響InN的電子濃度和能帶結(jié)構(gòu)。對(duì)于InN(000(-1))，一層氧原子吸附在T4位是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，氧吸附原子的吸附能隨氧覆蓋度的增加而增加。在襯底In原子之上，吸附位置很大的弛豫到表面N原子層以下，這個(gè)結(jié)果表明，在InN(000(-1))的N