摻雜P型ZnO的第一性原理計(jì)算.pdf

1、纖鋅礦型的ZnO屬于Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料，是直接寬帶隙體系，在室溫條件下，帶隙寬度為3.37eV,激光束縛能為60meV，約是GaN的2.4倍。本文基于密度泛函理論的第一性原理平面波超軟贗勢的方法，并與廣義梯度近似（GGA）的方法相結(jié)合，計(jì)算了本征 ZnO體系，ZnO(N)體系，ZnO(F)體系，ZnO(Na,N)體系，ZnO(Na,F)體系以及ZnO(Mn,N)體系的電子結(jié)構(gòu)，電荷密度以及體系的形成能，研究結(jié)果如下。
　　本征Zn

2、O材料是一種直接寬帶隙半導(dǎo)體。N摻雜ZnO后形成深受主能級，費(fèi)米能級附近形成空穴的局域性較強(qiáng)，故純N摻雜很難得到理想的p型ZnO。F摻雜ZnO形成的局域性較強(qiáng)，并且費(fèi)米能級穿過導(dǎo)帶，從而引起ZnO的n型導(dǎo)電特征，不利于p型導(dǎo)電。
　　ZnO(Na,N)體系與 ZnO(N)體系相比，有更多的雜質(zhì)態(tài)密度穿越費(fèi)米能級，在費(fèi)米面附近受主N2p的雜質(zhì)態(tài)更寬，形成輕空穴帶，提高了雜質(zhì)元素的化學(xué)穩(wěn)定性和固溶度。Na和N以1:2的比例摻雜時(shí)，在費(fèi)

3、米面附近受主N2p的雜質(zhì)態(tài)更寬，在費(fèi)米能級附近的態(tài)密度最彌散，體系中載流子數(shù)增多，并且ZnO(Na,2N)體系中的形成能最低。因此Na-2N摻雜ZnO體系對p型導(dǎo)電機(jī)理的解釋以及實(shí)現(xiàn)有重要意義。
　　ZnO(Na,F)體系與ZnO(F)體系相比，費(fèi)米能級移至價(jià)帶頂，使得在費(fèi)米面附近形成輕空穴帶，出現(xiàn)p型導(dǎo)電的特征。Na和F共摻雜ZnO體系比F單摻雜ZnO體系具有更低缺陷形成能，因此體系的化學(xué)性能較穩(wěn)定，更加適合摻雜，并且體系變得相

4、對穩(wěn)定，摻雜濃度提高。Na和F以1:2的比例摻雜時(shí)，摻雜體系中的形成能最低，原子間的作用力增強(qiáng)，體系的化學(xué)性能變得穩(wěn)定，空穴載流子數(shù)增多，p型化特征相對明顯。
　　ZnO(Mn,N)體系與 ZnO(N)體系相比,具有更低的受主雜質(zhì)的形成能和更高的化學(xué)穩(wěn)定性，更加適合p型摻雜。Mn和N以1:2的比例摻雜時(shí)，在費(fèi)米能級費(fèi)米面附近受主N2p的雜質(zhì)態(tài)最寬，形成輕空穴帶，空穴間的排斥力減弱，系統(tǒng)的結(jié)合性增強(qiáng)，提高了雜質(zhì)摻雜濃度。此外，研究發(fā)