氮化硼用途之紫外激光器件

中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室薛群基院士和張廣安研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目和中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目的支持下，在壓力誘導(dǎo)調(diào)控六方氮化硼電學(xué)性能理論研究取方面取得新進(jìn)展。

作為一種寬帶隙絕緣體阻礙了其在電子器件中的廣泛應(yīng)用，而研究其帶結(jié)構(gòu)工程可以開發(fā)其許多潛在的應(yīng)用價(jià)值。比如調(diào)控其帶結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變：直接帶隙-間接帶隙之間的轉(zhuǎn)變對(duì)于其在涉及發(fā)光的納米器件及紫外激光器件中的應(yīng)用有很重要的意義。

這些都會(huì)激發(fā)研究者們通過各種可行的手段來調(diào)控其帶隙，到目前為止調(diào)控六方氮化硼帶隙的手段主要有施加電場、摻雜、變形等。盡管這些方法都有助于調(diào)控六方氮化硼的帶隙，但是帶隙過渡的本質(zhì)仍然是不清楚的，晶體結(jié)構(gòu)的變化及帶隙過渡與其電子性能之間的聯(lián)系依舊需要進(jìn)一步的研究。

我們用法向壓力調(diào)控六方氮化硼帶隙，它與以上方法相比是一種簡單可行的手段，也不會(huì)引入外來雜質(zhì)。再加上六方氮化硼在法向壓力作用下電子性能的轉(zhuǎn)變還沒有系統(tǒng)的報(bào)道過，許多有趣的現(xiàn)象仍需要探索，而且深入理解六方氮化硼的電子性能與壓力之間的關(guān)系對(duì)于其在電子器件等方面的應(yīng)用有很重要的意義。

為此，我們進(jìn)一步研究了三種不同堆排列模式的六方氮化硼在法向壓力作用下的電子性能的變化，用第一性原理的方法計(jì)算了三種堆排列模式的六方氮化硼在壓力作用下的吸附能、帶隙的變化并用能帶結(jié)構(gòu)及電子局域泛函來分析其帶隙隨壓力的變化趨勢。

相關(guān)的六方氮化硼調(diào)研結(jié)果表明法向壓力可以很好的調(diào)控六方氮化硼的帶隙，堆排列模式Ⅰ和Ⅱ下，帶隙隨壓力的增大先減小后增大再減小，這與電場調(diào)控下帶隙單調(diào)減小的變化趨勢是非常不一樣的，而堆排列模式Ⅲ下帶隙隨壓力的增大單調(diào)減小。當(dāng)壓力達(dá)到34.3%（堆排列模式Ⅱ）時(shí)，六方氮化硼由直接帶隙向間接帶隙轉(zhuǎn)變，這對(duì)于六方氮化硼在發(fā)光器件中的應(yīng)用具有很重要的意義；壓力達(dá)到28.6%（堆排列模式Ⅰ）和45.7%（堆排列模式III）由絕緣體向半導(dǎo)體過渡，這對(duì)于六方氮化硼在電子器件中的廣泛應(yīng)用具有很重要的意義。