ZnO光學(xué)性質(zhì)與摻雜的第一性原理研究.pdf

1、氧化鋅（ZnO）是一種新型的Ⅱ—Ⅵ族多功能直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料，在室溫下禁帶寬度為3．37eV，束縛激子能高達(dá)60meV。在晶格特性和能帶結(jié)構(gòu)方面與GaN有許多相似之處，擁有可以比擬的光電特性，而且還具有更高的激子束縛能以及較低的生長(zhǎng)溫度，被認(rèn)為是有望取代GaN的新一代短波長(zhǎng)光電子材料，因而成為半導(dǎo)體材料科研領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)課題。但是，從1996年首次報(bào)導(dǎo)ZnO薄膜的室溫紫外發(fā)射距今已有十余年，ZnO基激光二極管、發(fā)光二極管等短波長(zhǎng)光

2、電器件仍未達(dá)到實(shí)用化的水平，其中一個(gè)主要原因是高質(zhì)量的p型ZnO薄膜的穩(wěn)定、可重復(fù)制備工藝尚未實(shí)現(xiàn)。 圍繞這種背景，本論文基于密度泛函理論，以第一性原理為研究方法，對(duì)本征ZnO及摻雜ZnO進(jìn)行模擬研究，從以下四個(gè)方面開(kāi)展了工作： 首先，研究了本征ZnO的電子結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)能帶結(jié)構(gòu)、總體態(tài)密度、分波態(tài)密度的分析，說(shuō)明了ZnO為直接寬帶隙半導(dǎo)體，呈現(xiàn)出n型導(dǎo)電性，計(jì)算結(jié)果同時(shí)表明鋅填隙（Zni）是造成p型摻雜困難的主要原因。

3、 其次，我們還詳細(xì)地計(jì)算了本征ZnO的復(fù)介電函數(shù)、復(fù)折射率、反射光譜、吸收光譜、能量損失函數(shù)等光學(xué)性質(zhì)，探討了微觀結(jié)構(gòu)與宏觀光學(xué)響應(yīng)的關(guān)系。通過(guò)比較，我們的計(jì)算結(jié)果和其他理論、實(shí)驗(yàn)值符合的很好。 然后，研究分析了以Ⅲ族（B、Al、Ga、In）原子對(duì)ZnO進(jìn)行n型摻雜，在導(dǎo)帶底出現(xiàn)摻雜原子貢獻(xiàn)的大量電子，引起ZnO體系電導(dǎo)率的提高。隨著Al摻雜濃度的增大，ZnO的整個(gè)能帶向低能方向漂移，費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入導(dǎo)帶，簡(jiǎn)并化加劇。由摻雜模