N_Ga掺杂ZnO光学性质的第一性原理.pdf

第39卷 第 6期 兰 州 理 工 大 学 学 报 Vo1．39 No．6 2013年 12月 JournalofLanzhouUniversityofTechnology Dec．2013 文章编号：1673—5196(2013)06—0168—05 IN／Ga掺杂ZnO光学性质的第一性原理 王 青 ，梁纪锋 ，兰 斌 ，张仁辉。 (1．兰州理工大学 理学院，甘肃 兰州 730050；2．兰州蓝天浮法玻璃股份有限公司，甘肃 兰州 730060；3．中国科学院兰州化学物理研究 所，甘肃 兰州 730000) 摘要：采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法，结合广义梯度近似 (GGA)研究六方铅锌 矿ZnO晶体，N、Ga分别掺杂ZnO晶体，N、Ga共掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和光学性质．结果表明，3种掺 杂构型的吸收边都有不同程度的红移，相对于单掺杂而言，共掺杂具有更稳定的结构，更有利于获得P型ZnO． 关键词：ZnO；第一性原理；光学性质 中图分类号：0472．3 文献标识码：A First-principleofopticalpropertiesofN／Ga-dopedZnO WANGQing，LIANGJi—feng，LAN Bin ，ZHANG Ren—hui。 (1．SchoolofScience，l~nzhouUniv．ofTech．，Imnzhou 730050，China；2．1mnzhouBlueSkyFloatGlassCo．I．td，Lanzhou 730060， China；3．LanzhouInstituteofChemicalPhysicsChineseAcadamyofSc iences，Ianzhou 730000，China) Abstract：Theenergeticbandstructure，densityof，states，andopticalpropertiesOfpureZnO，N，andGa singlydopedZnO，andN—GacodopedZnO wereinvestigatedbyusingfirstprincipleplanewaveultrasoft pseudopotentialmethodonthebasisofdensityfunctionalandgeneralizedgradientanalogy(GGA)theory． Theresultshowedthattherewasredshifttosomeextentattheabsorptionedgesofthethreedopedforms ofZnO，andcomparedwithsinglydopedone，codopedform exhibitedbetterstability，benefitingthefor— mationofp-typeZnO． Keywords：ZnO；first—principle；opticalproperties Zn0作为一种新型的 Ⅱ一Ⅵ 族宽禁带 (Eg一 容易实现，而P型ZnO掺杂却非常困难l2。]，原因之 3．37eV¨】])化合物半导体材料，一直受到国内外学 一 是 P型掺杂往往导致ZnO晶格马隆能的升高，使 术界的广泛关注．尤其是 自1997年发现 ZnO薄膜 晶格结构不稳定．目前国际上报道的P型ZnO掺杂 具有紫外受激发射的本领以来，ZnO成为继 GaN 有单受主掺杂，例如 l族元素 I Na、K，V族元素 之后新的短波长半导体材料的研究热点．与GaN等 N、P、As，以及 iB族元素Ag、Au、Cu等，但这些掺 其它光电材料相比，具有低介电常数、大光电耦合系 杂很难获得稳定的P型ZnO[5l】，因而人们对共掺 数、高化学稳定性、高的激子结合能及优 良的光电、 杂进行了广泛的研究，这些研究主要是采用 V 族 压电特性，因此在许多方面有潜在的应用价值，如发 元素或 Ⅲ V 族元素共掺杂的办法．其中包括N与 光二极管、光电探测器、表面声波器件及太阳能电池 Ga、Al、ln、BEw]