基于密度泛函理论的Al0.5Ga0.5N中镁掺杂点缺陷形成机制及其光电性能研究

本文通过第一性原理计算系统研究了高铝含量Al0.5Ga0.5N中镁（Mg）掺杂点缺陷的形成机制。研究发现Mgi间隙缺陷和VN-MgGa空位-反位复合缺陷具有最低形成能，易呈现施主特性；通过能带结构和态密度分析揭示了VN-MgAl/MgGa在带隙中引入浅能级的特性，为深紫外LED（DUV-LED）的p型掺杂效率提升提供了理论依据。

　　

Highlight
采用第一性原理方法探究Al_0.5Ga_0.5N中镁掺杂点缺陷的形成机制，计算p型条件下缺陷形成能并分析其施主特性。

Model setting
所有模拟计算基于维也纳从头算模拟软件包（VASP），采用广义梯度近似（GGA）和PBE泛函对含镁缺陷的Al_0.5Ga_0.5N进行结构优化。平面波截断能设置为400 eV，k点网格为4×4×4，力收敛标准为0.01 eV/?。

Mg interstitial and Mg antisite
图2显示不同电荷状态下Mg_i、Mg_Al和Mg_Ga缺陷的形成能随费米能级变化。其中Mg_i在+1电荷态时形成能最低（1.5 eV），呈现显著施主特性；而Mg_Ga在-1电荷态时形成能较高（3.2 eV），表明其更易作为受主中心。有趣的是，V_N-Mg_Ga复合缺陷在带隙中产生新的发射峰，可能成为深紫外发光的"缺陷工程"调控靶点。

Conclusion
研究发现Mg_i和V_N-Mg_Ga缺陷在p型条件下具有最低形成能，其引入的浅能级可显著影响材料光电性能。声子谱分析证实V_N-Mg_Ga具有最高稳定性，这为开发高效AlGaN基光电器件提供了缺陷控制策略。