DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半導體缺陷和雜質性質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構，基于材料基因組數據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定性，缺陷和雜質形成能及離化能級，半導體樣品中缺陷、雜質和載流子濃度及費米能級，關鍵缺陷和雜質誘導的光致發光譜、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：熱力學穩定性、元素化學勢空間的穩定范圍、缺陷（含雜質，下同）形成能、缺陷轉變能級、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計算 5.6 的內容。

5.6. GaN中缺陷的非輻射俘獲系數計算

使用CDC模塊計算非輻射俘獲系數前，需要確保以下幾點：

（1）DEC模塊已經計算完成（可以跳過DDC的計算），且dasp.in中level為3，(C_N)缺陷的初態與末態結構已完成了HSE泛函的結構優化。

（2）根據形成能關系圖，確定深能級的缺陷，并得到相應的轉變能級位置。

（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執行CDC模塊。等待期間無需額外操作。

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

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中均會出現以下多個靜態計算的目錄：

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

完成上述計算后，CDC模塊可以根據產生的結構及對應的缺陷形成能大小得到初態與末態下的有效聲子能量、聲子波函數以及末態的黃-里斯因子（Huang-Rhys factor）以及用于估算非輻射俘獲系數的(δ)函數的高斯展寬（gaussian smearing）和索莫菲因子（sommerfeld factor），還可以獲得該缺陷初態與末態的一維位形圖，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模塊會根據超胞體積、載流子有效質量等數據結合非輻射俘獲系數的公式計算輸出室溫下該系數的大小,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/-轉變能級略大，因此俘獲系數略小）。

GaN中缺陷C_N1從-1價到0價空穴俘獲系數隨溫度的變化關系。

審核編輯：劉清