Ga高掺杂对ZnO的最小光学带隙和吸收带边影响的第一性原理研究

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,建立了纯的和四种不同Ga掺杂量的ZnO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、能带结构分布、态密度分布和吸收光谱的计算.结果表明,在本文限定的Ga掺杂量2.08 at%—6.25 at%的范围内,随着Ga掺杂量的增加,掺杂后的ZnO体系体积变化不是很大,但是,掺杂体系ZnO的能量增加,掺杂体系变得越来越不稳定,同时,掺杂体系ZnO的Burstein-Moss效应越显著,最小光学带隙变得越宽,吸收带边越向高能方向移动.计算结果和实验结果相一致.

ZnO高掺杂Ga的浓度对导电性能和红移效应影响的第一性原理研究

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,在相同环境条件下建立了浓度不同的由Ga原子取代Zn原子的Zn1-xGaxO模型.对低温高掺杂Ga原子的Zn1-xGaxO半导体的能带结构、态密度和吸收光谱进行了计算.结果表明:Ga原子浓度越大,进入导带的相对电子数越多,但是电子迁移率反而减小.通过对掺杂和未掺杂ZnO的电导率以及最小间隙带宽度分别进行了比较,发现ZnO半导体在高掺杂Ga原子的条件下,掺杂浓度越低导电性能越强;而当高掺杂Ga原子含量增加到一定程度时,最小间隙带随掺杂浓度增加而减小.同时还发现在高能区产生吸收光谱红移的现象.计算所得结果与实验中Zn1-xGaxO的原子Ga掺杂量x超过0.04的变化趋势一致.