纤锌矿GaN和BN电子能带结构和声子色散性质的第一性原理研究

【摘要】在Ⅲ-V族氮化物半导体中,氮化镓(GaN)和氮化硼(BN)具有很高的发光效率、硬度、热导率、抗辐射能力。它们在蓝绿发光元件、微电子元件、存储元件等许多发光电器件中应用,是目前世界上先进的半导体材料,已经引起广泛关注。GaN和BN主要有纤锌矿和和闪锌矿两种晶体结构,目前广泛研究和应用的是纤锌矿结构晶体。基于密度泛函理论第一性原理方法,本文选取广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)两种近似方法,对纤锌矿GaN和BN优化后结构的电子能带结构和声子色散性质进行了研究。计算结果表明,纤锌矿GaN为直接能隙半导体,而BN为间接能隙半导体。在计算过程中,GGA近似考虑了Ga-3d电子轨道效应,却高估3d电子态能量,LDA近似研究的是S、p电子态。结果显示,GaＮ和BN在两种近似下的能隙值均与其他文献结果相吻合。从它们的态密度图中我们可以清晰的看到不同电子组态对电子能级的能量贡献。对于纤锌矿GaN和BN声子谱的计算,不仅得到了声子色散曲线,还利用GGA近似计算得到GaN和BN的声子谱计算了玻恩有效电荷张量和高频介电常数,所得值与其他理论和实验工作对比分析,结果都符合的非常好。最后利用简谐近似方法,计算纤锌矿GaN和BN的热力学性质,得到声子贡献自由能、比热、熵和声子内能。
【作者】雷迅；
【导师】梁希侠；
【作者基本信息】内蒙古大学，物理学，2014，硕士
【关键词】Ⅲ-Ⅴ族氮化物；能带结构；声子谱；介电性质；热力学性质；

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