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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

氮化镓基半导体材料具有宽的直接带隙、高的击穿场强、高的热导率和非常好的物理与化学稳定性等特点，在短波长光电器件、高温器件和高频大功率器件等方面有广泛的应用前景 ,其物理性质引起了人们的重视 ,成为半导体材料和光电子器件的研究热点。对理想半导体掺杂可以使其性能得到更好的应用 ,比如 al 掺杂到 gan 晶体中可使得光学带隙在3.42—6.20 ev (300k时) 范围变化 ,使得其发射波长覆盖整个可见光区及部分紫外线区 ;mg 掺杂到gan 晶体中可得到 p 型 gan ,p 型 gan 的实现 ,解决了制造 gan 发光器件的一个难题。本篇论文基于第一性原理，计算了mn，al不同浓度掺杂的纤锌矿gan的电子特性和光学特性，对比分析实验所得的计算结果与现有理论和实验结果，为gan材料在光电性能上进一步开发利用提供理论依据。

国内外研究现状

近几年来，gan材料生长和器件制备都获得了巨大进展。gan基蓝光led和ld相继研制成功并进入市场，更加推动了gan材料的发展。目前gan器件发展主要的障碍在于背景载流子（电子）浓度太高，p型掺杂水平低。背景载流子可能与n空位、替位式si、替位式o等有关。p型掺杂（主要是掺mg）方面，h补偿受主mg，使mg的gan成为半绝缘。经过低能电子束辐照（leebi）或快速热退火（rta）处理后，部分mg可以被激活，但仍然不能很好满足器件需要，这可能与mg较高的离能（约250mev）有关。其它掺杂剂也在研究中。理论上，be的受主电离能只有60mev，可能是比较好的掺杂剂。

2. 研究的基本内容

研究Mn，Al不同浓度掺杂的纤锌矿型GaN的电子特性和光学特性，得出GaN未掺杂时以及掺杂后的能带结构图谱、态密度图谱、分波态密度图谱及一系列光学特性图谱，例如反射光谱，折射光谱和损失函数图谱等等，对比分析结果。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

通过materials studio材料分析软件，建立gan的三维结构模型，并通过对ga原子的替换来进行掺杂，基于第一性原理，通过castep计算模块进行gan掺杂前后的电子特性以及光学特性的计算。

进度：

2018年8月确定论文题目

4. 参考文献

[1]童寒轩,胡慧明,郑方庆,郑晋洁,张渊泽,马剑华.氮化镓的合成制备及前景分析[j].辽宁化工,2011,40(11):1201-1203.

[2]袁明文. 氮化镓在光电子和微电子器件中的应用[j]. 半导体技术, 2001, 26(6):16-19.[3zhou zhao hui,shi jin wen,guo lie jin.a comparative study on structural and electronic properties and formation energy of bulk alpha-fe2o3 using first-principles calculations with different density functionals[j].comp.mater.scl.2016,117-122.

[4]chen ye,jia-xin li.enhance driving force and charge sepration efficiency of protonated forg-c3n4 photocatalytic o2 evolution[j].acs catal,2015,5:6971-6979.