利用GGA+U法研究Cu和X(X=Cl,S和O)掺杂纤锌矿GaN电子结构和光学性质

掺杂是改进半导体禁带宽度的常用手段,而单掺杂与共掺杂对提高体系光催化性能的程度各不相同,为了更清楚的了解哪种方法对光催化性能的影响更大,因此本文利用GGA+U超软赝势法对本征GaN、Cu单掺及Cu-X(X=Cl, S和O)共掺GaN体系的电子结构及光学性质进行了研究.结果表明：共掺体系更加稳定,且共掺体系中Ga—N键的共价性更强,说明杂质数量越多对体系的晶格畸变影响越大;杂质的引入使体系产生了杂质能级,从而减小了体系的禁带宽度,共掺体系中还出现了空穴富余的现象,这有利于电子-空穴对的分离,进而提高体系的光催化性能;与单掺相比,共掺体系的吸收光谱红移幅度更大,由此可以推测出共掺对改善体系光催化性能的效果更显著.     

C-Mg掺杂GaN电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理的方法,计算了GaN、C单掺、Mg单掺和C-Mg共掺体系的电子结构和光学性质,计算结果表明:掺杂后,GaN体系的晶格发生畸变,有利于光生空穴-电子对的分离,C-Mg共掺体系结构最稳定,掺杂体系的禁带宽度均减小,其中C-Mg共掺体系的禁带宽度最小,在禁带中引入了杂质能级,说明掺杂可有效降低电子跃迁所需的能量.在光学性质方面,掺杂后,GaN在低能区介电峰和吸收峰均发生红移,且静介电常数增大;其中C-Mg共掺体系的对可见光的吸收最强,极化能力最强,因此C-Mg共掺将有望提高GaN在光催化性能和极化能力.     

GGA+U方法研究C与Ti掺杂GaN的电子结构和光学性质

作为一种优良的半导体材料,GaN所具有的宽禁带导致其只能吸收可见光中的紫光,因此如何增加GaN材料对可见光的利用率是一个值得研究的问题,掺杂是解决这个问题常用的手段。本文利用第一性原理的方法对本征GaN,C单掺、Ti单掺、C-Ti共掺GaN四种体系的电子结构和光学性质做了计算和分析,结果表明:掺杂后的体系都具有良好的稳定性;掺杂后各体系的体积均增大,说明杂质的引入使体系晶格发生畸变,对光生空穴-电子对的分离有促进作用,进而提高材料的光催化性能;杂质元素的引入使体系能级发生劈裂,电子跃迁更加容易;掺杂后各体系的介电函数虚部主峰均向低能区移动,吸收谱均红移至可见光区域,其中共掺体系在蓝绿光区域的吸收系数最大,由此可以推测C-Ti共掺有助于提高GaN的光催化性能。     

GGA+U方法研究C-Al掺杂GaN的电子结构和光学性质

本文用密度泛函理论的第一性原理，研究了C单掺、Al单掺、C-Al共掺GaN体系的电子结构及光学性质.通过分析发现，与本征GaN相比，掺杂后体系都发生了晶格畸变，其中C-Al共掺GaN体系，较容易形成且禁带宽度明显减小，形成了P型半导体，显著降低了电子跃迁所需要的能量；另外，该共掺体系的静介电常数最大，极化能力最强，介电虚部的主峰向低能区域偏移，并且吸收光谱在可见光范围内产生了红移现象，这都体现了C-Al共掺可以拓展GaN体系对可见光的响应范围.因此，C-Al共掺将有望提高GaN体系的光催化性能.     

C与Na掺杂AlN电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法，计算了本征AlN,C-AlN,Na-AlN以及C-Na-AlN四种体系的电子结构和光学性质.得出结论：掺杂后各体系与本征AlN相比发生了晶格畸变，C-Na-AlN体系的结合能最小，体系最稳定.掺杂体系相比于本征AlN,禁带宽度都有不同程度的减小，导致电子在体系内跃迁时的概率增大，其中C-Na-AlN体系尤为明显，电子跃迁所需要的能量更小.掺杂后吸收带边发生了红移，拓宽了AlN体系对光的响应范围，增强了光吸收，并且C-Na-AlN体系在可见光区域内光吸收能力最强，在介电函数图的分析中可以得到，C-Na-AlN体系的介电常数最大，表明其电荷束缚能力最强，体系稳定性强，极化能力最好.