DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半導體缺陷和雜質(zhì)性質(zhì)的第一性原理計算模擬軟件包，該軟件包能針對輸入的半導體晶體結(jié)構，基于材料基因組數(shù)據(jù)庫和第一性原理軟件包，自動計算并輸出半導體的熱力學穩(wěn)定性，缺陷和雜質(zhì)形成能及離化能級，半導體樣品中缺陷、雜質(zhì)和載流子濃度及費米能級，關鍵缺陷和雜質(zhì)誘導的光致發(fā)光譜、載流子輻射和非輻射俘獲截面及少子壽命。

針對任一半導體，DASP軟件可以計算給出如下性質(zhì)：熱力學穩(wěn)定性、元素化學勢空間的穩(wěn)定范圍、缺陷（含雜質(zhì)，下同）形成能、缺陷轉(zhuǎn)變能級、各生長條件下的費米能級、載流子和缺陷濃度、缺陷的光致發(fā)光譜、缺陷對載流子的俘獲截面、輻射和非輻射復合速率等。

本期將給大家介紹DASP GaN中 (C_N) 缺陷的非輻射俘獲系數(shù)計算 5.6 的內(nèi)容。

5.6. GaN中缺陷的非輻射俘獲系數(shù)計算

使用CDC模塊計算非輻射俘獲系數(shù)前，需要確保以下幾點：

（1）DEC模塊已經(jīng)計算完成（可以跳過DDC的計算），且dasp.in中l(wèi)evel為3，(C_N)缺陷的初態(tài)與末態(tài)結(jié)構已完成了HSE泛函的結(jié)構優(yōu)化。

（2）根據(jù)形成能關系圖，確定深能級的缺陷，并得到相應的轉(zhuǎn)變能級位置。

（3）選定要計算的載流子非輻射俘獲過程。

對于GaN中的(C_N)缺陷，我們想要計算 從-1價到0價的空穴非輻射俘獲過程，缺陷能級的能帶序號是256，由于GaN的VBM存在三重簡并，相應的能帶序號是253、254、255，此處采用序號為253的能級，因為該能級與缺陷能級之間的電聲耦合常數(shù)最大（實際使用中，可以選擇不同能級多次運行本模塊獲知相應的電聲耦合常熟大小）。采用默認的勢能面擬合方法，因此在``dasp.in``中寫入以下信息：

使用命令dasp5執(zhí)行CDC模塊。等待期間無需額外操作。

在HSE泛函優(yōu)化的初態(tài)和末態(tài)結(jié)構基礎上，CDC模塊會分析兩個結(jié)構在廣義坐標下的差異 (ΔQ)，并沿著該方向線性地產(chǎn)生一系列結(jié)構。

在目錄/cdc/C_N1/Nonrad_calc/_q-1_to_q0_/initial_state與目錄/cdc/C_N1/Nonrad_calc/_q-1_to_q0_/final_state中均會出現(xiàn)以下多個靜態(tài)計算的目錄：

此外，在目錄/cdc/C_N1/Nonrad_calc/_q-1_to_q0_/final_state/el_ph中產(chǎn)生以下多個用于計算電聲耦合常數(shù)的靜態(tài)計算目錄：

完成上述計算后，CDC模塊可以根據(jù)產(chǎn)生的結(jié)構及對應的缺陷形成能大小得到初態(tài)與末態(tài)下的有效聲子能量、聲子波函數(shù)以及末態(tài)的黃-里斯因子（Huang-Rhys factor）以及用于估算非輻射俘獲系數(shù)的(δ)函數(shù)的高斯展寬（gaussian smearing）和索莫菲因子（sommerfeld factor），還可以獲得該缺陷初態(tài)與末態(tài)的一維位形圖，輸出為圖片ccdiagram.png，如下所示。

GaN中缺陷C_N1從-1價到0價的一維位形圖。

最后，CDC模塊會根據(jù)超胞體積、載流子有效質(zhì)量等數(shù)據(jù)結(jié)合非輻射俘獲系數(shù)的公式計算輸出室溫下該系數(shù)的大小,并在目錄/cdc下輸出nonradiative_rate.dat文件和圖片coefficient.png，如下所示，其中給出了非輻射俘獲系數(shù)隨溫度的變化。可以看到，與[Phys. Rev. B 90, 075202 (2014)]中的Fig. 5基本一致（由于本例中0/-轉(zhuǎn)變能級略大，因此俘獲系數(shù)略小）。

GaN中缺陷C_N1從-1價到0價空穴俘獲系數(shù)隨溫度的變化關系。

審核編輯：劉清