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Ga空位对GaN:Gd体系磁性影响的第一性原理研究

侯振桃 李彦如 刘何燕 代学芳 刘国栋 刘彩池 李英

Ga空位对GaN:Gd体系磁性影响的第一性原理研究

侯振桃, 李彦如, 刘何燕, 代学芳, 刘国栋, 刘彩池, 李英
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理结合投影缀加平面波的方法, 研究了GaN 中Ga 被稀土元素Gd替代以及与邻近N或Ga空位组成的缺陷复合体的晶格常数、磁矩、形成能以及电子结构等性质. 结果发现, Gd掺杂GaN后禁带宽度变窄, 由直接带隙半导体转为间接带隙半导体; 单个Gd原子掺杂给体系引入大约7 B的磁矩; 在Gd与Ga或N空位形成的缺陷复合体系中, N空位对引入磁矩贡献很小, 大约0.1 B, Ga空位能引入约2 B的磁矩. 随着Ga空位的增多, 体系总磁矩增加, 但增加量与Ga空位的位置分布密切相关. 当Ga空位分布较为稀疏时, Gd单原子磁矩受影响较小, 但当Ga空位距离较近且倾向于形成团簇时, Gd单原子磁矩明显增加, 而且这种情况下空位形成能也最小.
      通信作者: 李英, liyingphy@126.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11204064, 51271071) 和河北省高等学校高层次人才科学研究项目(批准号: GCC2014023)资助的课题.
    [1]

    Morkoc H 1994 J. Appl. Phys. 76 1363

    [2]

    Davies S, Huang T S, Gass M H, Papworth A J, Joyce T B, Chalker P R 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2556

    [3]

    Wang T X, Li Y, Liu Y M 2011 Phys. Stat. Sol. B 248 1671

    [4]

    Kang B S, Kim S, Ren F, Johnson J W, Therrien R J, Rajagopal P, Roberts J C, Piner E L, Linthicum K J, Chu S N G, Baik K, Gila B P, Abernathy C R, Pearton S J 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2962

    [5]

    Li Q Q, Hao Q Y, Li Y, Liu G D 2013 Acta Phys. Sin. 62 017103 (in Chinese) [李倩倩, 郝秋艳, 李英, 刘国栋 2013 物理学报. 62 017103]

    [6]

    Li Q Q, Hao Q Y, Li Y, Liu G D 2013 Comput. Mater. Sci. 72 32

    [7]

    Jiang L J, Wang X L, Xiao H L, Wang Z G, Yang C B, Zhang M L 2011 Appl. Phys. A 104 429

    [8]

    Gupta S, Zaidi T, Melton A, Malguth E, Yu H B, Liu Z Q, Liu X T, Schwartz J, Ferguson I 2011 J. Appl. Phys. 110 083920

    [9]

    Jadwisienczak W M, Wang J, Tanaka H, Wu J, Palai R, Huhtinen H, Anders A 2010 J. Rare Earth 6 931

    [10]

    Teraguchi N, Suzuki A, Nanishi Y, Zhou Y K, Hashimoto M, Asahi H 2002 Solid State Commun. 122 651

    [11]

    Dhar S, Brandt O, Ramsteiner M, Sapega V F, Ploog K H 2005 Phys. Rev. Lett. 94 037205

    [12]

    Dhar S, Prez L, Brandt O, Trampert A, Ploog K H, Keller J, Beschoten B 2005 Phys. Rev. B 72 245203

    [13]

    Dhar S, Kammermeier T, Ney A, Perez L, Ploog K H, Melnikov A, Wieck A D 2006 Appl. Phys. Lett. 89 062503

    [14]

    Sofer Z, Sedmidubsky D, Moram M, Mackov A, Maryko M, Hejtmnek J, Buchal C, Hardtdegen H, Vcla M, Peřina V, Groetzschel R, Mikulics M 2011 Thin Solid Films 519 6120

    [15]

    Roever M, Malindretos J, Bedoya-Pinto A, Rizzi A, Rauch C, Tuomisto F 2011 Phys. Rev. B 84 081201

    [16]

    Wang M N, Li Q Q, Li Y 2013 J. Hebei Univ. Technol. 4 0058 (in Chinese) [王美娜, 李倩倩, 李英 2013 河北工业大学学报 4 0058]

    [17]

    Sanna S, Schmid W G, Frauenheim T, Gerstmann U 2009 Phys. Rev. B 80 104120

    [18]

    Gohda Y, Oshiyama A 2008 Phys. Rev. B 78 161201

    [19]

    Thiess A, Dederichs P H, Zeller R, Blugel S, Lambrecht W R L 2012 Phys. Rev. B 86 180401

    [20]

    Mishra J K, Dhar S, Brandt O 2010 Solid State Commun. 150 2370

    [21]

    Lozykowski H J 1993 Phys. Rev. B 48 17758

    [22]

    Davies R, Abernathy C R, Pearton S J, Norton D P, Ivill M P, Ren F 2009 Chem. Eng. Commun. 196 1030

    [23]

    Filhol J S, Jones R, Shaw M J, Briddon P R 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2841

    [24]

    Kresse G, Furthmller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [25]

    Larson P, Lambrecht W R L, Chantis A, Schilfgaarde M V 2007 Phys. Rev. B 75 045114

    [26]

    Thiess A, Blugel S, Dederichs P H, Zeller R, Lambrecht W R L 2015 Phys. Rev. B 92 104418

    [27]

    Hou Z F, Wang X L, Ikeda T, Terakura K, Oshima M, Kakimoto M, Miyata S 2012 Phys. Rev. B 85 165439

  • [1]

    Morkoc H 1994 J. Appl. Phys. 76 1363

    [2]

    Davies S, Huang T S, Gass M H, Papworth A J, Joyce T B, Chalker P R 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2556

    [3]

    Wang T X, Li Y, Liu Y M 2011 Phys. Stat. Sol. B 248 1671

    [4]

    Kang B S, Kim S, Ren F, Johnson J W, Therrien R J, Rajagopal P, Roberts J C, Piner E L, Linthicum K J, Chu S N G, Baik K, Gila B P, Abernathy C R, Pearton S J 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2962

    [5]

    Li Q Q, Hao Q Y, Li Y, Liu G D 2013 Acta Phys. Sin. 62 017103 (in Chinese) [李倩倩, 郝秋艳, 李英, 刘国栋 2013 物理学报. 62 017103]

    [6]

    Li Q Q, Hao Q Y, Li Y, Liu G D 2013 Comput. Mater. Sci. 72 32

    [7]

    Jiang L J, Wang X L, Xiao H L, Wang Z G, Yang C B, Zhang M L 2011 Appl. Phys. A 104 429

    [8]

    Gupta S, Zaidi T, Melton A, Malguth E, Yu H B, Liu Z Q, Liu X T, Schwartz J, Ferguson I 2011 J. Appl. Phys. 110 083920

    [9]

    Jadwisienczak W M, Wang J, Tanaka H, Wu J, Palai R, Huhtinen H, Anders A 2010 J. Rare Earth 6 931

    [10]

    Teraguchi N, Suzuki A, Nanishi Y, Zhou Y K, Hashimoto M, Asahi H 2002 Solid State Commun. 122 651

    [11]

    Dhar S, Brandt O, Ramsteiner M, Sapega V F, Ploog K H 2005 Phys. Rev. Lett. 94 037205

    [12]

    Dhar S, Prez L, Brandt O, Trampert A, Ploog K H, Keller J, Beschoten B 2005 Phys. Rev. B 72 245203

    [13]

    Dhar S, Kammermeier T, Ney A, Perez L, Ploog K H, Melnikov A, Wieck A D 2006 Appl. Phys. Lett. 89 062503

    [14]

    Sofer Z, Sedmidubsky D, Moram M, Mackov A, Maryko M, Hejtmnek J, Buchal C, Hardtdegen H, Vcla M, Peřina V, Groetzschel R, Mikulics M 2011 Thin Solid Films 519 6120

    [15]

    Roever M, Malindretos J, Bedoya-Pinto A, Rizzi A, Rauch C, Tuomisto F 2011 Phys. Rev. B 84 081201

    [16]

    Wang M N, Li Q Q, Li Y 2013 J. Hebei Univ. Technol. 4 0058 (in Chinese) [王美娜, 李倩倩, 李英 2013 河北工业大学学报 4 0058]

    [17]

    Sanna S, Schmid W G, Frauenheim T, Gerstmann U 2009 Phys. Rev. B 80 104120

    [18]

    Gohda Y, Oshiyama A 2008 Phys. Rev. B 78 161201

    [19]

    Thiess A, Dederichs P H, Zeller R, Blugel S, Lambrecht W R L 2012 Phys. Rev. B 86 180401

    [20]

    Mishra J K, Dhar S, Brandt O 2010 Solid State Commun. 150 2370

    [21]

    Lozykowski H J 1993 Phys. Rev. B 48 17758

    [22]

    Davies R, Abernathy C R, Pearton S J, Norton D P, Ivill M P, Ren F 2009 Chem. Eng. Commun. 196 1030

    [23]

    Filhol J S, Jones R, Shaw M J, Briddon P R 2004 Appl. Phys. Lett. 84 2841

    [24]

    Kresse G, Furthmller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [25]

    Larson P, Lambrecht W R L, Chantis A, Schilfgaarde M V 2007 Phys. Rev. B 75 045114

    [26]

    Thiess A, Blugel S, Dederichs P H, Zeller R, Lambrecht W R L 2015 Phys. Rev. B 92 104418

    [27]

    Hou Z F, Wang X L, Ikeda T, Terakura K, Oshima M, Kakimoto M, Miyata S 2012 Phys. Rev. B 85 165439

  • [1] 李倩倩, 郝秋艳, 李英, 刘国栋. 稀土元素(Ce, Pr)掺杂GaN的电子结构和光学性质的理论研究. 物理学报, 2013, 62(1): 017103. doi: 10.7498/aps.62.017103
    [2] 乔建良, 徐源, 高有堂, 牛军, 常本康. 反射式变掺杂负电子亲和势GaN光电阴极量子效率研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067903. doi: 10.7498/aps.66.067903
    [3] 邢海英, 范广涵, 周天明. p,n型掺杂剂与Mn共掺杂GaN的电磁性质. 物理学报, 2009, 58(5): 3324-3330. doi: 10.7498/aps.58.3324
    [4] 郝静安, 郑浩平. Ga6N6团簇结构性质的理论计算研究. 物理学报, 2004, 53(4): 1044-1049. doi: 10.7498/aps.53.1044
    [5] 谭兴毅, 陈长乐, 金克新, 陈鹏. N掺杂钛酸盐的电子结构和磁性研究. 物理学报, 2011, 60(12): 127102. doi: 10.7498/aps.60.127102
    [6] 谭兴毅, 陈长乐, 金克新, 高雁军. 碳掺杂BaTiO3的电子结构和磁性研究. 物理学报, 2012, 61(24): 247102. doi: 10.7498/aps.61.247102
    [7] 吴海平, 陈栋国, 黄德财, 邓开明. SrCoO3电子结构和磁学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(3): 037101. doi: 10.7498/aps.61.037101
    [8] 王江龙, 葛志启, 李慧玲, 刘洪飞, 于威. 后钙钛矿CaRhO3的电子结构和磁学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047107. doi: 10.7498/aps.60.047107
    [9] 乔建良, 常本康, 钱芸生, 王晓晖, 李飙, 徐源. GaN真空面电子源光电发射机理研究. 物理学报, 2011, 60(12): 127901. doi: 10.7498/aps.60.127901
    [10] 赵德刚, 周 梅. p-GaN层厚度对GaN基p-i-n结构紫外探测器性能的影响. 物理学报, 2008, 57(7): 4570-4574. doi: 10.7498/aps.57.4570
    [11] 邢怀中, 申 晔, 俞建国, 吕 斌, 茅惠兵, 王基庆. 极化诱导的内建电场对Mn δ掺杂的GaN/AlGaN量子阱居里温度的调制. 物理学报, 2007, 56(6): 3453-3457. doi: 10.7498/aps.56.3453
    [12] 乔建良, 常本康, 钱芸生, 高频, 王晓晖, 徐源. 负电子亲和势GaN真空面电子源研究进展. 物理学报, 2011, 60(10): 107901. doi: 10.7498/aps.60.107901
    [13] 徐叙瑢, 宋淑芳, 陈维德, 许振嘉. 掺Er/Er+O的GaN薄膜光学性质的研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1621-1626. doi: 10.7498/aps.56.1621
    [14] 王度阳, 孙慧卿, 解晓宇, 张盼君. GaN基LED量子阱内量子点发光性质的模拟分析. 物理学报, 2012, 61(22): 227303. doi: 10.7498/aps.61.227303
    [15] 万 威, 唐春艳, 王玉梅, 李方华. GaN晶体中堆垛层错的高分辨电子显微像研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4273-4278. doi: 10.7498/aps.54.4273
    [16] 常本康, 高频, 乔建良, 田思, 杜晓晴. 负电子亲和势GaN光电阴极激活机理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5847-5851. doi: 10.7498/aps.58.5847
    [17] 刘阳, 柴常春, 于新海, 樊庆扬, 杨银堂, 席晓文, 刘胜北. GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理. 物理学报, 2016, 65(3): 038402. doi: 10.7498/aps.65.038402
    [18] 刘旭阳, 张贺秋, 李冰冰, 刘俊, 薛东阳, 王恒山, 梁红伟, 夏晓川. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管温度传感器特性. 物理学报, 2020, 69(4): 047201. doi: 10.7498/aps.69.20190640
    [19] 赵德刚, 周 梅, 左淑华. 一种新型GaN基肖特基结构紫外探测器. 物理学报, 2007, 56(9): 5513-5517. doi: 10.7498/aps.56.5513
    [20] 赵德刚, 周 梅, 常清英. 一种减小GaN基肖特基结构紫外探测器暗电流的方法. 物理学报, 2008, 57(4): 2548-2553. doi: 10.7498/aps.57.2548
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-10
  • 修回日期:  2016-04-07
  • 刊出日期:  2016-06-05

Ga空位对GaN:Gd体系磁性影响的第一性原理研究

  • 1. 河北工业大学材料科学与工程学院, 天津 300130
  • 通信作者: 李英, liyingphy@126.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11204064, 51271071) 和河北省高等学校高层次人才科学研究项目(批准号: GCC2014023)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理结合投影缀加平面波的方法, 研究了GaN 中Ga 被稀土元素Gd替代以及与邻近N或Ga空位组成的缺陷复合体的晶格常数、磁矩、形成能以及电子结构等性质. 结果发现, Gd掺杂GaN后禁带宽度变窄, 由直接带隙半导体转为间接带隙半导体; 单个Gd原子掺杂给体系引入大约7 B的磁矩; 在Gd与Ga或N空位形成的缺陷复合体系中, N空位对引入磁矩贡献很小, 大约0.1 B, Ga空位能引入约2 B的磁矩. 随着Ga空位的增多, 体系总磁矩增加, 但增加量与Ga空位的位置分布密切相关. 当Ga空位分布较为稀疏时, Gd单原子磁矩受影响较小, 但当Ga空位距离较近且倾向于形成团簇时, Gd单原子磁矩明显增加, 而且这种情况下空位形成能也最小.

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