Ga_nN_3(n=1～8)团簇几何结构及光电子能谱的研究.pdf

第39卷第3期 光子学报 VoI．39 No．3 2010年3月 ACTA March2010 PHOTONICASINICA 文章编号：1004—4213(2010)03—0470—7 李恩玲1，朱红1’+，李莉莎2，祁伟1，李小平1，王进宇1 (1西安理工大学理学院，西安710054) (2西北大学物理系，西安710068) 优化，并对体系的成键特性、光电子能谱及稳定性进行了计算与分析，得到了Ga。N。(咒=1～8)团簇 的最稳定结构．结果表明，当咒≤5时，其基态几何结构为平面结构，N—N键在这些团簇的形成过程 中起着决定性的作用；当，2≥6时，其基态几何结构为立体结构，Ga-N键起主导作用；在所研究的团 簇中，Ga。N。、Ga，N。的基态结构最稳定；随着n值的增大，平均极化率逐渐增强；通过对光电子能 谱的分析，得到Ga-N键的振动频率与六方晶系纤锌矿结构GaN的光学声子峰值相近． 关键词：团簇；密度泛函理论；几何结构；光电子能谱；稳定性简体 中图分类号：0469 文献标识码：A functional 0 引言 论(Densigy 非局域密度近似的方法计算了Ga。N。(咒、m=1～ 氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的代表， 是一种重要的直接宽带隙半导体材料，它具有优良 的物理化学性质，如高饱和电子漂移速度，高击穿场 强，高热导率，优异的机械性质及热稳定性等，是当 前世界上最为先进的半导体材料之一．它不仅广泛 行了研究． 地应用于蓝绿光发光二极管(LED)、激光器(LD)、经查阅，目前还没有关于Ga。N。(报一1～8)团簇 紫外波段的探测器以及高温、大功率集成电路等器 性质理论计算研究的报道．本文利用B3LYP／6—31G 件，还可作为环保新材料应用于环境保护[1。4]．氮化 镓材料在微电子和光电子等方面的广泛应用[5。6]，激 算，对Ga。N。(卵=1～8)团簇的结构进行优化，得到 起了大量关于GaN表面及固态相结构、电子和光学 了Ga。N。(，z一1～8)团簇的最稳定结构，同时对体系 性质等的研究．在实验室制备氮化镓薄膜的过程中， 的成键特性、热力学性质、光电子能谱及稳定性进行 会产生先驱中间化合物——团簇，这也就要求我们 了研究． 对其团簇分子的物理和化学性质作深入的研究．团 1 计算方法 簇的一些物理性质如能级结构、光学性质、磁学性 质，以及热力学性质都呈现从原子特性向块体材料 特性转变的趋势． 水平上，对Ga。N。(行=l～8)的各种可能构型进行了 近年来，对GaN团簇的研究工作也得到很多人 几何优化．为了得到最稳定结构，在结构优化过程 的关注．如Costales等人利用密度泛函理论研究了 中，选择了尽可能多的初始结构．选择初始结构时， Ga。N：(靠一4～6)[7。81中性及阴离子团簇的N—N键考虑具有一定对称性的结构，并且Ga—Ga，Ga—N，N— O～O．3300 演变趋势．Song等人利用linear-muffin-tin—orbitalN的键长分别在0．240 am，0．2000～ 0