【摘 要】
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InxAl1-xN作为第三代GaN系列中重要一员,具有优异的光电性能,尤其二维的InxAl1-xN体系兼备了InxAl1-xN合金的优异性能与纳米尺寸效应,可改善氮化物半导体材料在红外-可见-紫
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InxAl1-xN作为第三代GaN系列中重要一员,具有优异的光电性能,尤其二维的InxAl1-xN体系兼备了InxAl1-xN合金的优异性能与纳米尺寸效应,可改善氮化物半导体材料在红外-可见-紫外光波的吸收,使其在光电子器件研究中有广阔前景。本文使用Material Studio 8.0软件,基于密度泛函理论构建了单层InxAl1-xN（x=0,0.25,0.5,0.75,1）的五种模型,计算研究它们的光电性能。结果表明:单层的InxAl1-xN材料五种结构都属于间接带隙;随着x的增加,晶格常数逐渐增大,禁带宽度从2.939eV到0.524 eV逐渐减小;在光复介电函数虚部曲线中,随着In组分的增大最高峰值从6.08 eV向4.67 eV移动,产生红移现象,且峰值越来越大,说明电子跃迁能力增大。理论研究了Mg替位式（In或Al）掺杂InxAl1-xN八种单层模型的光电性能。计算结果表明:在同组分下Mg对In的替位式掺杂模型的结合更稳定。Mg掺杂后使得体系变成p型半导体,且晶格常数逐渐增大;改善了材料对紫外光的吸收,抗损耗能力也有所提高,但Mg-In的抗损耗能力比Mg-Al的弱;对于Si掺杂的八种单层InxAl-xN,同组分下Si-In比Si-Al的单层模型更稳定。掺杂后能带均下移,电子仅需要较小能量便可跃迁到导带,态密度均向低能方向移动,改善了材料的导电性能,有利于形成n型半导体;Si掺杂后光吸收出现蓝移现象,抗损耗能力增强。在单层基础上,研究组分为0.5的类石墨烯In0.5Al0.5N对CO与O2分子的吸附,两者较稳定的位置都是Al原子正上方。吸附之后发现O2的吸附效果较好,吸附能较大为-1.06eV,O2分子主要与表面金属原子产生电荷转移,且Al原子的电荷转移量较多;CO分子与单层表面相互作用比O2的少,存在较弱的物理吸附。最后在单层基础上构建双层模型,发现双层对O2分子吸附位置较稳定的也是Al原子正上方,吸附能达到-2.17eV,存在较强的交互作用,典型的化学吸附;双层对CO的吸附能提高了0.24eV。对比发现类石墨烯In0.5Al0.5N结构对氧化性气体敏感些。
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