مطالعه خواص ساختاری و الکترونی GaN آلیاژشده با Al و In در فازهای ورتسایت و زینک‌بلند با استفاده از نظریه تابعی چگالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک و مهندسی هسته ای، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

2 دانشگاه صنعتی شاهرود

3 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه کوثر بجنورد، بجنورد

10.22128/ijcm.2026.3394.1067

چکیده

در این پژوهش، خواص ساختاری و الکترونی نیترید گالیم خالص و آلیاژهای آن با آلومینیوم و ایندیوم در فازهای ورتسایت و زینک‌بلند با استفاده از نظریه تابعی چگالی (DFT) بررسی شد. نتایج نشان داد GaN خالص در هر دو فاز دارای گاف انرژی مستقیم است و گاف انرژی در فاز ورتسایت بزرگ‌تر از زینک‌بلند است. جاینشانی گالیم با آلومینیوم موجب کاهش پارامترهای شبکه و افزایش گاف انرژی، و جاینشانی با ایندیوم باعث انبساط شبکه و کاهش گاف انرژی شد. تحلیل ساختار نواری و چگالی حالت‌ها نشان داد که این تغییرات با بازآرایی حالت‌های الکترونی و تغییر هیبریداسیون اوربیتال‌هایN-2p با Al-3p و In-5p همراه است. همچنین، پاسخ الکترونی سیستم به جاینشانی گالیم با آلومینیوم و ایندیوم، به نوع فاز بلوری وابسته بود. این نتایج نشان می‌دهد جاینشانی کنترل‌شده GaN روشی مؤثر برای بهینه‌سازی خواص الکترونی در کاربردهای اپتوالکترونیکی نظیر دیودهای نورگسیل، لیزرهای نیمرسانا، آشکارسازهای فرابنفش و ترانزیستورهای توان بالا است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of the Structural and Electronic Properties of Al- and In-Alloyed GaN in the Wurtzite and Zinc-Blende Phases Using Density Functional Theory

نویسندگان [English]

  • Narges Arabhajji 1
  • Tayebeh Movlarooy 2
  • Fatemeh Badieian Baghsiyahi 3
1 Faculty of Physics, Shahrood University of Technology
2 Shahrood University of Technology
3 Faculty of Engineering, Kosar University of Bojnord
چکیده [English]

Structural and electronic properties of pristine GaN and its alloys with Al and In were investigated using density functional theory (DFT). The results reveal that pristine GaN exhibits a direct band gap in both crystal phases, with the wurtzite phase possessing wider band gap than zinc-blende. Aluminum alloying reduces lattice parameters and increases band gap, whereas indium leads to lattice expansion and a reduction in band gap. Analysis of band structure and density of states revealed that these variations are accompanied by electronic-state rearrangement and changes in the hybridization between N-2p and Al-3p or In-5p orbitals. Furthermore, the electronic response of system to doping was found to depend strongly on the crystal phase. These findings demonstrate that controlled doping of GaN with Al and In provides an effective approach for tailoring electronic properties of GaN, making it a promising material for advanced optoelectronic applications and high-power devices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gallium nitride (GaN)
  • Wurtzite and Zinc-Blende, Density functional theory (DFT)
  • Electronic properties
  • Indium
  • Aluminum

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 29 شهریور 1405
  • تاریخ دریافت: 21 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری: 12 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش: 29 شهریور 1405