稀磁半導體GaN-Mn(1010)薄膜第一性原理研究.pdf

1、GaN是一種性能優(yōu)良的Ⅲ-Ⅴ族寬禁帶半導體材料,被譽為第三代半導體材料的典型代表,其研究和應用備受矚目。基于GaN體系摻雜磁性雜質形成的稀磁半導體(DMS)由于其具有高于室溫的居里溫度近年來備受人們的關注。為了便于應用,材料往往制造成薄膜的形式。
　　 本論文采用第一性原理計算研究稀磁半導體GaN:Mn(10(1)0)薄膜的幾何結構、電子結構及磁性。具體的研究工作有三個方面:
　　 (1)對于未摻雜的GaN(10(1)0

2、)薄膜,弛豫后原子位置與理想原子位置比較看出,表層Ga原子向體內移動,與Ga原子成鍵的表層N原子向體外移動,導致表層Ga—N二聚體鍵長收縮并扭轉。和體內相比鍵長縮短了6.58％,扭轉角為8.56°。電子結構相對于體內明顯的變化特點是在禁帶中出現兩個明顯的表面帶。對GaN(1010)薄膜的結構弛豫及電子結構的計算結果與已有文獻結果一致。
　　 (2)對于摻Mn的GaN(10(1)0)薄膜,Mn原子摻雜在表層時的缺陷形成能最小,表明

3、GaN(10(1)0)薄膜中Mn原子更容易在表層摻雜。弛豫后,位于表層的Mn—N鍵長與Ga—N鍵長類似也要收縮,但Mn—N鍵沒有明顯的扭轉。電子結構的計算表明Mn原子的摻雜使得Mn3d與N2p軌道雜化,產生自旋極化雜質帶,只有自旋向上的能帶穿越費米面,摻雜后的薄膜表現為半金屬性,適合于自旋注入。
　　 (3)對于GaN:Mn(10(1)0)薄膜的磁性研究,我們的計算結果是當2個磁性Mn原子在薄膜表層替代最近鄰的兩個Ga原子時磁性