Be, O共掺杂实现p型AlN的第一性原理研究

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,研究了掺杂和非掺杂AlN体系的晶格参数、 能带结构、总体态密度、分波态密度、差分电荷分布及电荷集居数.计算结果表明: Be掺杂AlN晶体能够在能隙中形成深受主能级,空穴载流子局域于价带顶, 而引入了激活施主O原子的Be, O共掺杂方法,能使受主能带变宽、非局域化特征明显. 同时,受主能级向低能方向移动,形成了浅受主能级, 从而提高了Be原子的掺杂浓度和系统的稳定性. Be, O共掺杂更有利于获得p型AlN.     

Zn,O共掺杂实现p型AlN的第一性原理研究

基于密度泛函理论(density functional theory),采用第一性原理平面波超软赝势法,研究了纤锌矿AlN,Zn掺杂和Zn,O共掺杂AlN的晶体结构、能带、电子态密度、差分电荷分布及电荷布居数.计算结果表明:Zn,O共掺杂方法中引入激活施主O原子,能使受主能级向低能方向移动,形成了浅受主能级.同时,受主能带变宽、非局域化特征明显、从而提高了Zn原子的掺杂浓度和系统的稳定性.Zn,O共掺杂更有利于获得p型AlN. 关键词： 第一性原理 AlN 电子结构 p型共掺杂     

Zn，O共掺杂实现p型AIN的第一性原理研究

基于密度泛函理论（density functional theory），采用第一性原理平面波超软赝势法，研究了纤锌矿AIN，Zn掺杂和Zn，O共掺杂AIN的晶体结构、能带、电子态密度、差分电荷分布及电荷布居数,计算结果表明：Zn，O共掺杂方法中引入激活施主O原子，能使受主能级向低能方向移动，形成了浅受主能级,同时，受主能带变宽、非局域化特征明显、从而提高了Zn原子的掺杂浓度和系统的稳定性,Zn，O共掺杂更有利于获得P型AIN．     

Ag-S共掺杂AlN电子结构和光学性质的第一性原理研究

用第一性原理平面波赝势方法对纯AlN和Ag-S共掺杂AlN的结合能、电子结构和光学性质进行计算分析.结果表明：施主杂质S原子的引入可以有效增加受主杂质Ag原子在AlN中的掺杂浓度,降低受主能级,对受主Ag原子起到了激活的作用,Ag-S共掺杂有助于实现高效的p型AlN.体系掺杂后的介电函数虚部和光吸收谱分别在低能区出现新的峰,其吸收边向低能方向偏移,增强了体系对低频电磁波的吸收.     

Mg-F受主-施主共掺SnO_2的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法,研究了Mg-F受主-施主共掺杂SnO_2的结构稳定性、能带结构、态密度及布居分布.结果表明,Mg-F掺杂能形成稳定的掺杂体系,在价带顶附近F 2p的态密度峰值强度较大,Mg-F原子之间杂化强,引入施主掺杂元素F有利于Mg受主掺杂的稳定性,同时Mg-O之间电子重叠布居值增大,原子之间的重叠增加,共有化增强,可使导电性能进一步提升.     

Be、Mg掺杂AlN电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算分析了纤锌矿结构的AlN晶体和Be、Mg掺杂AlN晶体的晶格参数、结合能、能带结构、总体态密度、分波态密度、差分电荷分布及电荷集居数.计算结果表明:Be和Mg都是良好的p型掺杂剂,但是Be掺杂AlN晶体比Mg提供的空穴更多,Be比Mg更有利于AlN晶体的p型掺杂.     

Mg和Zn掺杂CuAlS2电子结构的分析

从能带结构和态密度分析了黄铜矿CuAlS₂的电子结构.对比未掺杂CuAlS₂,从晶体结构、电子结构、电荷密度分布讨论了Mg和Zn替位Al掺杂对CuAlS₂的影响.结果表明:Mg和Zn掺杂CuAlS₂都导致晶格常数增大,Mg掺杂晶胞体积增大更多;掺杂在价带顶引入受主态,形成p型电导;Mg掺杂比Zn掺杂的受主能级电离能略小;而Zn掺杂CuAlS₂体系总能更低,晶格结构更稳定. 关键词： 2')" href="#">CuAlS₂ p型掺杂 电子结构 能带结构     

Be，C双受主共掺杂实现P型AlN的第一性原理研究

基于密度泛函理论 Density Functional Theory 的第一性原理平面波超软赝势方法USPP,首先对Be、C掺杂AlN的晶格结构进行优化,得到其稳定结构．然后对Be、C掺杂AlN的晶格参数、结合能、能带结构、电子态密度和电荷集居数进行了详细地计算和分析．计算结果表明：Be-2C共掺杂AlN的构型具有更稳定的结构,能使受主能级变宽、非局域化特征明显．因此,Be-2C共掺杂AlN有望成为一种更稳定高效的p型掺杂手段．     

Be、Mg 掺杂AlN电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory) 框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算分析了纤锌矿结构的AlN晶体和Be、Mg掺杂AlN晶体的晶格参数、结合能、能带结构、总体态密度、分波态密度、差分电荷分布及电荷集居数．计算结果表明: Be和Mg都是良好的p型掺杂剂,但是Be掺杂AlN晶体比Mg提供的空穴更多,Be比Mg更有利于AlN晶体的p型掺杂．     

Nb-X(X=Y,Zr)共掺杂SnO_2电子结构的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法研究了Nb-X(X=Y,Zr)共掺杂SnO_2能带结构与态密度,探讨了其磁性产生的机理.研究结果表明,Nb-Y共掺杂SnO_2体系自旋向上和自旋向下的能带、态密度完全对称,总磁矩为0μB;Nb-Zr共掺杂的SnO_2体系自旋向上和自旋向下的能带与态密度在费米能级处都出现了不对称的情况,出现耦合现象,其总磁矩为0.933μB;分析Nb-Y共掺杂SnO_2的能带结构与态密度得到自旋向上和自旋向下的能带禁带中的4条杂质能级来源于Nb-Y共掺杂SnO_2电子的施主与受主能级;NbZr共掺杂SnO_2体系产生磁性的原因在于Nb和Zr的d轨道的引入.     

Cd:O共掺杂AlN的电子结构和p型特性研究

为研究Cd：O共掺杂纤锌矿AlN的p型特性,进而揭示导致纤锌矿AlN空穴浓度增加的机理,对Cd：O共掺杂AlN进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究.通过计算Cd_n-O（n=1,2,3,4）复合体掺杂AlN的结合能,发现Cd：O在AlN中可以稳定存在,共掺杂提高了Cd在AlN中的固溶度.分析Cd和Cd₂-O掺杂AlN体系的激活能,发现Cd₂-O的激活能比Cd减小0.21 eV,表明Cd₂-O的空穴浓度比单掺Cd大约提高 关键词： Cd：O共掺杂 纤锌矿AlN 电子结构 p型掺杂特性     

Al-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理,分析了Al-N共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算了Al-N复合体共掺ZnO的结合能,发现Al-N复合体可以在ZnO中稳定存在,因此Al-N共掺可以提高N在ZnO的固溶度。研究表明:N掺杂ZnO体系,由于N-2p和Zn-3d态电子轨道杂化作用,在费米能级附近引入深受主能级,价带顶和导带底发生位移,导致禁带宽带变窄。而Al-N共掺杂体系,适当控制Al和N的比例,克服了N单掺杂时受主间的相互排斥,降低了受主能级,对改善ZnO的p型掺杂有重要意义。在Al-N共掺ZnO中,Al的引入,导致共掺体系的禁带宽度减小,吸收带边红移,实验现象证实了这一结果。     

Cu,O共掺杂AlN晶体电子结构与光学性质研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对纯Al N,Cu单掺杂以及Cu与O共掺杂Al N超胞进行了几何结构优化,计算了掺杂前后体系的晶格常数、能带结构、态密度与光学性质.结果表明:掺杂后晶格体积增大,系统能量下降;Cu掺入后Cu 3d电子与N 2p电子间有强烈的轨道杂化效应,Cu与O共掺后Cu和O之间的吸引作用克服了Cu原子之间的排斥作用,能够明显提高掺杂浓度和体系的稳定性.光学性质分析中,介电函数计算结果表明Cu与O共掺杂能改善Al N电子在低能区的光学跃迁特性,增强电子在可见光区的光学跃迁;复折射率计算结果显示Cu与O掺入后由于电磁波穿过不同的介质,导致折射率发生变化,体系对低频电磁波吸收增加.     

Band-gap bowing and p-type doping of (Zn,Mg, Be)O wide-gap semiconductor alloys: a first-principles study

Using a first-principles band-structure method and a special quasirandom structure (SQS) approach, we systematically calculate the band gap bowing parameters and p-type doping properties of (Zn, Mg, Be)O related random ternary and quaternary alloys. We show that the bowing parameters for ZnBeO and MgBeO alloys are large and dependent on composition. This is due to the size difference and chemical mismatch between Be and Zn(Mg) atoms. We also demonstrate that adding a small amount of Be into MgO reduces the band gap indicating that the bowing parameter is larger than the band-gap difference. We select an ideal N atom with lower p atomic energy level as dopant to perform p-type doping of ZnBeO and ZnMgBeO alloys. For N doped in ZnBeO alloy, we show that the acceptor transition energies become shallower as the number of the nearest neighbor Be atoms increases. This is thought to be because of the reduction of p-d repulsion. The N_O acceptor transition energies are deep in the ZnMgBeO quaternary alloy lattice-matched to GaN substrate due to the lower valence band maximum. These decrease slightly as there are more nearest neighbor Mg atoms surrounding the N dopant. The important natural valence band alignment between ZnO, MgO, BeO, ZnBeO, and ZnMgBeO quaternary alloy is also investigated.     

掺杂GaN/AlN超晶格第一性原理计算研究

第一性原理计算方法在解释实验现象和预测新材料结构及其性质上有着重要作用. 因此, 通过基于密度泛函理论的第一性原理的方法, 本文系统地研究了Mg和Si掺杂闪锌矿和纤锌矿两种晶体结构的GaN/AlN超晶格体系中的能量稳定性以及电学性质. 结果表明: 在势阱层(GaN 层)中, 掺杂原子在体系中的掺杂形成能不随掺杂位置的变化而发生变化, 在势垒层(AlN层)中也是类似的情况, 这表明对于掺杂原子来说, 替代势垒层(或势阱层)中的任意阳离子都是等同的; 然而, 相比势阱层和势垒层的掺杂形成能却有很大的不同, 并且势阱层的掺杂形成能远低于势垒层的掺杂形成能, 即掺杂元素(Mg_Ga, Mg_Al, Si_Ga和Si_Al)在势阱区域的形成能更低, 这表明杂质原子更易掺杂于结构的势阱层中. 此外, 闪锌矿更低的形成能表明: 闪锌矿结构的超晶格体系比纤锌矿结构的超晶格体系更易于实现掺杂; 其中, 闪锌矿结构中, 负的形成能表明: 当Mg原子掺入闪锌矿结构的势阱层中会自发引起缺陷. 由此, 制备以闪锌矿结构超晶格体系为基底的p型半导体超晶格比制备n型半导体超晶格需要的能量更低并且更为容易制备. 对于纤锌矿体系来说, 制备p型和n型半导体的难易程度基本相同. 电子态密度对掺杂体系的稳定性和电学性质进一步分析发现, 掺杂均使得体系的带隙减小, 掺杂前后仍然为第一类半导体. 综上所述, 本文内容为当前实验中关于纤锌矿结构难以实现p型掺杂问题提供了一种新的技术思路, 即可通过调控相结构实现其p型掺杂.     

First-principles investigation of electronic structure and optical properties in N-F codoped ZnO with wurtzite structure

The electronic structures and optical properties of pure, N-doped and N-F codoped ZnO are investigated based on the density-functional theory. The calculations of the impurity formation energies and ionization energies for these systems indicate that incorporating the reactive donor F into N doped ZnO systems, not only enhances the N acceptor solubility, but also leads to a shallower N acceptor energy level in the band gap in p-type codoped ZnO. In addition, we analyze the imaginary part of the dielectric functions, and reflectivities for pure and N-F codoped ZnO. Compared with the pure ZnO, the remarkable feature in the dielectric function for N-F codoped ZnO is that there is a sharp peak in the low-energy region.     

第一性原理计算Ga,O掺杂Ge材料的电子结构

利用第一性原理模拟计算了Ga掺杂Ge及Ga、O共掺杂Ge材料的电子结构,对态密度、能带结构进行了分析。结果表明,Ga掺杂Ge材料会使掺杂体系表现为较强的金属性;Ga、O共掺杂会使掺杂体系在低能端出现新的禁带区域。通过掺杂能够改变Ge材料的电学和光学特性。