GaN(110)表面原子及电子结构的第一性原理研究

摘要

用缀加平面波加局域轨道方法计算了立方GaN及其非极性(110)表面的原子结构和电子结构,得到的GaN晶格常数及体积弹性模量与实验值符合得很好.用层晶超原胞模型计算立方GaN (110)表面的原子和电子结构,发现表面顶层原子发生键长收缩并旋转的弛豫特性,表面阳离子向体内移动,与周围阴离子形成sp2杂化, 而表面阴离子则形成p3型锥形结构.其面旋角为14.1°,比传统的Ⅲ-V族半导体(110)表面面旋角(30°±2°)小得多, 这主要与材料的离子性有关. 此外,在带隙附近还发现了两个表面态,一个是占据的表面态,主要是由N的p电子构成的;另一个是空态,主要由阳离子的轨道构成. 在驰豫后,这两个表面能带都移出带隙,分别进入导带和价带, 形成共振表面态.