基于第一性原理研究杂质补偿对硅光电性能的影响

通过磷(P)和硼(B)共掺杂在硅禁带中构建了P^(+)/B^(-)局域态能级,形成了具有杂质补偿结构的硅.采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理研究了杂质补偿硅(n/p-Sic)的电子态密度、介电函数和折射率等光电性能.态密度研究表明,相同浓度P和B掺杂(12.5%)的n-Si和p-Si被完全杂质补偿后,费米能级位于两相邻态密度峰构成的谷底,且态密度不为零.在介电函数和折射率研究中,发现n-Sic在掺杂比例C_(B)/C_(P0)=0.25时,在低能区具有最大的介电函数和最大折射率.此外,对比本征硅及其掺杂物的介电常数实部(Re),发现如下规律:在E> 4 eV的高能区,本征Si,n/p-Si和p-Sic的Re为负值;而在0.64 <E <1.50 eV的低能区,n-Sic在掺杂比例C_(B)/C_(P0)=0.25时的Re为负值;这表明在此掺杂比例下n-Sic能在更低的能量下就能获得较好的金属性,从而揭示了其价带电子更易被低能量的长波长光激发.理论研究表明,n-Sic在掺杂比例C_(B)/C_(P0)=0.25时具有较好的光电性能,可能与n-Si被B杂质补偿后部分Si—Si键变成Si—B键的同时产生的Si悬挂键以及在Si禁带中形成的局域态能级有关.