使用基态和兴奋状态密度函数理论来解读GaN中的3个3d的dopant缺陷

科学领域:

• 计算材料科学 计算材料科学
• 固态物理 固态物理
• 缺陷物理学的缺陷物理学

背景情况:

• 化 (GaN) 是电子和光电子设备的关键材料.
• 了解GaN中的3D过渡金属缺陷对于设备性能和新型应用至关重要.
• 在GaN中对3d缺陷电子结构的现有解释需要重新评估.

研究的目的:

• 用先进的DFT方法破译Mn的电子结构以及GaN中的其他3D缺陷.
• 重新分配和重新解释现有的关于GaN. 3d缺陷的实验数据.
• 为了确定导致n型GaN中的1.19 eV光发光的特定缺陷.

主要方法:

• 基本状态密度函数理论 (DFT) 的计算.
• 职业受限制的DFT (occ-DFT) 用于自相一致的兴奋状态计算.
• 根据实验缺陷水平和光发光的数据进行验证.

主要成果:

• 确定了Mn dopants的电子结构以及GaN在带间隙中的其他3D缺陷.
• Mn$_{Ga}$ 缺陷表现出稳定的电荷状态,从 (1-) 在n型GaN到 (2+) 在p型GaN.
• 2+) 缺陷具有 $d^2$ 旋转三元基态和单元兴奋状态,具有 1.19 eV 光发光缺陷的异电子.
• 在n型GaN中,1.19 eV的缺陷被确定为V(0),而不是Cr(1+) 正如之前所假设的那样.
• DFT分析表明,它有能力对化学指纹缺陷进行检测.

结论:

• 该研究要求对GaN.中的3d缺陷数据进行重新解释.
• 2+) 缺陷是量子应用的可行候选者.
• 这种V(0) 缺陷是GaN.中1.19 eV光发光的原因.
• 结合基态和兴奋状态的DFT分析为缺陷表征提供了一个强大的工具.