基于第一性原理的GaN纳米线中碳点缺陷研究：深度和位点对光电特性的影响

《Surfaces and Interfaces》：First-principles study of carbon point defects in GaN nanowires: Depth and site dependent optoelectronic properties

　　

Zihan Huang|Hui Liao|Chunyan Song|Ningxuan Yang|Rui Wang|Jiuming Wang|Boyang Huang

摘要

基于第一性原理计算与从头算分子动力学（AIMD）模拟相结合的方法，我们系统研究了碳掺杂深度和位点对GaN纳米线热力学稳定性和电子结构的影响机制。研究结果表明，靠近表面的间隙碳（C_I）缺陷具有更低的形成能和更高的稳定性（在300 K时为-287.1 eV），这证实了C_I缺陷在表面富集的倾向。无论是在富镓还是富氮的生长条件下，表面-C_I都是最稳定的构型，其热稳定性通过AIMD模拟得到了验证。替代碳（C_N）仅略微减小了带隙并引入了受主能级，而位于亚表面的C_I通过强烈的缺陷态局域化作用将带隙降低至2.44 eV。不同类型的碳缺陷表现出依赖于位点的受主和施主特性。本研究为III族氮化物纳米结构的缺陷工程提供了理论基础。