第一性計算銻化鎵中的缺陷態

周一帆，侯　群，彭　馨，張　龍

（江漢大學　物理與信息工程學院，湖北　武漢　430056）

第一性計算銻化鎵中的缺陷態

周一帆，侯群*，彭馨，張龍

（江漢大學物理與信息工程學院，湖北武漢430056）

摘要：基于密度函數理論和廣義梯度近似原理，計算了銻化鎵（GaSb）體結構中的不同缺陷的形成能。計算結果表明，無論是在Ga-rich晶體條件下還是Sb-rich晶體條件下，主要的缺陷都是空位缺陷VGa和反應缺陷GaSb，這解釋了GaSb在不同生長條件下總是P型半導體的原因。

關鍵詞：第一性計算；銻化鎵；缺陷態；形成能

銻化鎵（GaSb）是一種重要的閃鋅礦III-V半導體化合物，具有極高的電子遷移率［1］。GaSb的帶隙相對比較窄，為0.82 eV（溫度2 K），這使得GaSb可以廣泛應用于長波長激光器和低損耗光纖中。此外，GaSb對于各種光通信設備還是一種很好的襯底材料，因為它可以和III-V化合物實現晶格匹配［1-3］。

盡管學者們已經關注了GaSb的物理和電子學性質以及缺陷特性，但是對于GaSb中的缺陷態還沒有完全了解［4-6］。例如沒有摻雜的GaSb無論在什么樣的生長技術和條件下，總是P型半導體。HAKALA［4］研究發現，GaSb中占主導地位的缺陷態是GaSb，為受主缺陷。然而，缺陷狀態并不完全清楚。筆者通過第一性計算研究GaSb所有可能的缺陷狀態。結果表明，在GaSb中主要缺陷為Ga反位缺陷（GaSb）、Ga空位缺陷（VGa）和Ga間隙缺陷（GaI）。GaSb和VGa為受主缺陷，而GaI為施主缺陷。但GaSb的缺陷形成能大大低于GaI的形成能，因此GaSb具有較高的缺陷濃度，這顯示了為什么無摻雜的GaSb總是一個P型半導體。

1　計算方法

本研究的計算通過VASP軟件完成。VASP軟件是一種基于密度泛函理論的量子力學程序，采用的是投影綴加波（PAW）贗勢，電子的波函數是通過平面波基組展開的，電子與電子之間相互作用的交換關聯勢是由廣義梯度近似進行校正的［7-9］。……