GaN中 (C_N) 缺陷的非辐射俘获系数计算（上）

DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半导体缺陷和杂质性质的第一性原理计算模拟软件包，该软件包能针对输入的半导体晶体结构，基于材料基因组数据库和第一性原理软件包，自动计算并输出半导体的热力学稳定性，缺陷和杂质形成能及离化能级，半导体样品中缺陷、杂质和载流子浓度及费米能级，关键缺陷和杂质诱导的光致发光谱、载流子辐射和非辐射俘获截面及少子寿命。

针对任一半导体，DASP软件可以计算给出如下性质：热力学稳定性、元素化学势空间的稳定范围、缺陷（含杂质，下同）形成能、缺陷转变能级、各生长条件下的费米能级、载流子和缺陷浓度、缺陷的光致发光谱、缺陷对载流子的俘获截面、辐射和非辐射复合速率等。

本期将给大家介绍DASP GaN中 (C_N) 缺陷的非辐射俘获系数计算 5.6 的内容。

5.6. GaN中 缺陷的非辐射俘获系数计算

使用CDC模块计算非辐射俘获系数前，需要确保以下几点：

（1）DEC模块已经计算完成（可以跳过DDC的计算），且 dasp.in 中 level 为3，(C_N)缺陷的初态与末态结构已完成了HSE泛函的结构优化。

（2）根据形成能关系图，确定深能级的缺陷，并得到相应的转变能级位置。

（3）选定要计算的载流子非辐射俘获过程。

对于GaN中的(C_N)缺陷，我们想要计算 从-1价到0价的空穴非辐射俘获过程，缺陷能级的能带序号是256，由于GaN的VBM存在三重简并，相应的能带序号是253、254、255，此处采用序号为253的能级，因为该能级与缺陷能级之间的电声耦合常数最大（实际使用中，可以选择不同能级多次运行本模块获知相应的电声耦合常熟大小）。采用默认的势能面拟合方法，因此在``dasp.in``中写入以下信息：

使用命令 dasp 5 执行CDC模块。等待期间无需额外操作。

在HSE泛函优化的初态和末态结构基础上，CDC模块会分析两个结构在广义坐标下的差异 (ΔQ) ，并沿着该方向线性地产生一系列结构。

在目录/cdc/C_N1/Nonrad_calc/_q-1_to_q0_/initial_state与目录/cdc/C_N1/Nonrad_calc/_q-1_to_q0_/final_state中均会出现以下多个静态计算的目录：

此外，在目录/cdc/C_N1/Nonrad_calc/_q-1_to_q0_/final_state/el_ph中产生以下多个用于计算电声耦合常数的静态计算目录：

完成上述计算后，CDC模块可以根据产生的结构及对应的缺陷形成能大小得到初态与末态下的有效声子能量、声子波函数以及末态的黄-里斯因子（Huang-Rhys factor）以及用于估算非辐射俘获系数的(δ)函数的高斯展宽（gaussian smearing）和索莫菲因子（sommerfeld factor），还可以获得该缺陷初态与末态的一维位形图，输出为图片 ccdiagram.png ，如下所示。

GaN中缺陷C_N1从-1价到0价的一维位形图。

最后，CDC模块会根据超胞体积、载流子有效质量等数据结合非辐射俘获系数的公式计算输出室温下该系数的大小,并在目录 /cdc 下输出 nonradiative_rate.dat 文件和图片 coefficient.png ，如下所示，其中给出了非辐射俘获系数随温度的变化。可以看到，与[Phys. Rev. B 90, 075202 (2014)]中的Fig. 5基本一致（由于本例中0/-转变能级略大，因此俘获系数略小）。

GaN中缺陷C_N1从-1价到0价空穴俘获系数随温度的变化关系。

审核编辑：刘清