G_aP_（1-x）N_x与G_aA_（s1-x）N_x合金系的基础研究

【摘要】：半导体宽禁带蓝色光发光材料至今仍是一个没有很好解决的问题，实现蓝光材料的主要困难在于晶体生长和材料本身的自补偿。把两种或两种以上材料组合起来实现优异性能材料的方法是一种经常使用并行之有效的方法，本论文就是对GaP、GaAs与GaN形成合金系GaP_(1-x)N_x和GaAs_(1-x)N_x进行基础性研究的结果，人们预测这种合金系的禁带宽度应在磷化镓的2.261eV(或砷化镓的1.43eV)到氮化镓的3.39eV之间，如果能制成上述合金系则是很有意义的，它是很有希望的蓝色发光材料。因此对其进行理论与实验研究是有着潜在的应用前景的。本文从理论和实验两个方面探讨了这种三元合金系生成的可能性及其电学、光学性能。主要结果如下： 从外延生长的动力学过程，我们计算[56，67]并得到了GaN在GaAs、GaP及GaAs、GaP在GaN中的溶解度。在室温下，溶解度的数值都很小，GaN在GaP、GaAs中的溶解度分别为0.05和0.04；GaP、GaAs在GaN中的溶解度约为0.01。但在较高温度下，可以得到相当高的溶解度：如在1500K下，GaN在GaP、GaAs中的溶解度分别达到0.36和0.42；GaP、GaAs在GaN中的溶解度分别达到0.22和0.17；因此若能把高温相保存到室温，就可以获得相当好的亚稳合金相。 生成热是判别化合物能否形成及稳定性的一个重要参数。我们分别用Pauling和Phillips经验方法及Miedema半经验方法计算[59]得到Ⅲ-Ⅴ族二元合金的生成热，比较三种方法，均只定性与实验结果吻合，但Miedema方法具有准第一原理特点，可以从组元基本特性出发来得到合金生成热的数据；我们把TOOP'S模型引入计算中，并把计算结果投影到Ⅲ族组元总浓度等于所有Ⅴ族组元总浓度的平面上，即计算AB_(1-x)C_x合金系的