基于密度泛函理論的p型ZnO的摻雜改性研究.pdf

1、近年來，ZnO作為新一代Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于藍(lán)光-紫外發(fā)光二極管及半導(dǎo)體激光器的研究.但是，同其他寬禁帶半導(dǎo)體相似，ZnO的p型摻雜非常困難，嚴(yán)重限制了ZnO作為新一代半導(dǎo)體材料的廣泛應(yīng)用.本文系統(tǒng)地闡述了p型ZnO摻雜困難的原因，并從這些困難出發(fā)，預(yù)言并得到了幾種改善ZnO p型特性的方法.
　　 （1）采用基于DFT理論的第一性原理方法模擬并計(jì)算了Ag，N摻雜纖鋅礦ZnO的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，對(duì)Ag，N各自摻

2、雜及二者共摻雜ZnO體系的晶格常數(shù)，原胞體積，雜質(zhì)形成能，帶隙結(jié)構(gòu)及DOS分布等進(jìn)行了深入的研究。研究的結(jié)果顯示，摻N和摻Ag都能夠使ZnO體現(xiàn)出p型，但摻雜后的特性又有所不同，通過對(duì)Ag-N共摻雜的模擬與計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，共摻在一定程度上實(shí)現(xiàn)了二者結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的互補(bǔ)，且相比于各自的摻雜來講，共摻能夠形成更低的受主能級(jí)，更高的受主態(tài)密度，此外，共摻使空穴分布的局域性降低，在一定程度上改善了ZnO的p型特征，并且隨著摻雜的濃度的提高，共摻體現(xiàn)

3、的優(yōu)越性更為明顯，因此有望實(shí)現(xiàn)p型ZnO更高的載流子濃度。
　　 （2）采用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢(shì)法對(duì)B缺陷在ZnO中的存在形式進(jìn)行了理論分析，對(duì)B-N共摻雜ZnO體系的晶格結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)形成能，雜質(zhì)態(tài)密度及電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究表明，B缺陷在摻雜體系中主要以BZn的形式存在，這種結(jié)構(gòu)會(huì)引起相應(yīng)的晶格收縮；研究發(fā)現(xiàn)與以往的N摻雜相比，共摻結(jié)構(gòu)具有更低的雜質(zhì)形成能，更高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此更加適合摻雜，此外，共摻能夠形