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Cu,O共掺杂AlN晶体电子结构与光学性质研究

程丽 王德兴 张杨 苏丽萍 陈淑妍 王晓峰 孙鹏 易重桂

Cu,O共掺杂AlN晶体电子结构与光学性质研究

程丽, 王德兴, 张杨, 苏丽萍, 陈淑妍, 王晓峰, 孙鹏, 易重桂
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  • 采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对纯AlN,Cu单掺杂以及Cu与O共掺杂AlN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AlN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.
      通信作者: 张杨, zhangyang@hrbeu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61377085,11204048)、中国博士后科学基金(批准号:2013M541348)和中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题.
    [1]

    Li J, Nam K B, Nakarmi M L 2003 Appl. Phys. Lett. 83 5163

    [2]

    Taniysu Y, Kasu M, Makimoto T 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4672

    [3]

    Chen S, You Z J 2016 Tsinghua Univ. 56 1061 (in Chinese) [陈硕, 尤政 2016 清华大学学报 56 1061]

    [4]

    Rodriguez-Madrid J G, Iriarte G F, Araujo D 2012 Mater. Lett. 66 339

    [5]

    Shen L, Heikman S, Moran B 2001 IEEE Electron Dev. Lett. 22 457

    [6]

    Ren Z, Sun Q, Kwon1 S 2007 Phys. Status Solidi C 4 2482

    [7]

    Shen L H, Zhang X S 2016 Chin. J. Lumin. 37 927 (in Chinese) [沈龙海, 张轩硕 2016 发光学报 37 927]

    [8]

    Mokhov E, Izmaylova I, Kazarova O 2013 Phys. Status Solidi C 10 445

    [9]

    Yan Z, Wu H L, Zheng R S B 2013 Chin. Ceram Soc. 32 1468 (in Chinese) [闫征, 武红磊, 郑瑞生 2013 硅酸盐通报 32 1468]

    [10]

    Vande Walle C G, Stampfl C, Neugebauer J 1998 J. Cryst. Growth 189190 505

    [11]

    Han R L, Jiang S M, Yan Y 2017 Chin. Phys. B 26 027502

    [12]

    Deng J Q, Wu Z M, Wang A L, Zhao R Y, Hu A Y 2014 Chin. J. Comput. Phys. 31 617 (in Chinese) [邓军权, 毋志民, 王爱玲, 赵若禺, 胡爱元 2014 计算物理 31 617]

    [13]

    Zhang L M, Fan G H, Ding S F 2007 Acta Phys. -Chim. Sin. 23 1498 (in Chinese) [张丽敏, 范广涵, 丁少锋 2007 物理化学学报 23 1498]

    [14]

    Lin Z, Guo Z Y, Bi Y J 2009 Acta Phys. Sin. 58 1917 (in Chinese) [林竹, 郭志友, 毕艳军 2009 物理学报 58 1917]

    [15]

    Fan Y Q, He A L 2010 Acta Phys. -Chim. Sin. 26 2801 (in Chinese) [樊玉勤, 何阿玲 2010 物理化学学报 26 2801]

    [16]

    Zhang Y 2008 Ph. D. Dissertation (Wuhan: Huazhong University of Science Technology) (in Chinese) [张勇 2008 博士学位论文 (武汉: 华中科技大学)]

    [17]

    Zunger A 2003 Appl. Phys. Lett. 83 57

    [18]

    Yuan D, Huang D H, Luo H F 2012 Acta Phys. Sin. 61 147101 (in Chinese) [袁娣, 黄多辉, 罗华锋 2012 物理学报 61 147101]

    [19]

    Wu R Q, Shen L, Yang M, Sha Z D, Cai Y Q, Feng Y P 2008 Phys. Rev. B 77 073203

    [20]

    Korotkov R Y, Gregie J M, Wessels B W 2001 Appl. Phys. Lett. 78 222

    [21]

    Ishihara M, Li S J, Yumoto H, Akashi K, Ide Y 1998 Thin Solid Films 316 152

    [22]

    Segall M D, Lindan P J D, Probert M J 2002 J. Phys. 14 2717

    [23]

    Li J, Nam K B, Nakarmi M L 2003 Appl. Phys. Lett. 83 5163

    [24]

    Anisimov V I, Aryasetiawan F, Lichtenstein A I 1997 J. Phys.: Condens. Matter 9 767

    [25]

    Dong Y C, Guo Z Y, Bi Y J, Lin Z 2009 Chin. J. Lumin. 30 314 (in Chinese) [董玉成, 郭志友, 毕艳军, 林竹 2009 发光学报 30 314]

    [26]

    Gao X Q, Guo Z Y, Cao D X, Zhang Y F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3418 (in Chinese) [高小奇, 郭志友, 曹东兴, 张宇飞 2010 物理学报 59 3418]

    [27]

    Shen X C 1992 Optical Property of Semiconductor (Beijing: Science Press) p24 (in Chinese) [沈学础 1992 半导体光学性质 (北京: 科学出版社) 第24页]

  • [1]

    Li J, Nam K B, Nakarmi M L 2003 Appl. Phys. Lett. 83 5163

    [2]

    Taniysu Y, Kasu M, Makimoto T 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4672

    [3]

    Chen S, You Z J 2016 Tsinghua Univ. 56 1061 (in Chinese) [陈硕, 尤政 2016 清华大学学报 56 1061]

    [4]

    Rodriguez-Madrid J G, Iriarte G F, Araujo D 2012 Mater. Lett. 66 339

    [5]

    Shen L, Heikman S, Moran B 2001 IEEE Electron Dev. Lett. 22 457

    [6]

    Ren Z, Sun Q, Kwon1 S 2007 Phys. Status Solidi C 4 2482

    [7]

    Shen L H, Zhang X S 2016 Chin. J. Lumin. 37 927 (in Chinese) [沈龙海, 张轩硕 2016 发光学报 37 927]

    [8]

    Mokhov E, Izmaylova I, Kazarova O 2013 Phys. Status Solidi C 10 445

    [9]

    Yan Z, Wu H L, Zheng R S B 2013 Chin. Ceram Soc. 32 1468 (in Chinese) [闫征, 武红磊, 郑瑞生 2013 硅酸盐通报 32 1468]

    [10]

    Vande Walle C G, Stampfl C, Neugebauer J 1998 J. Cryst. Growth 189190 505

    [11]

    Han R L, Jiang S M, Yan Y 2017 Chin. Phys. B 26 027502

    [12]

    Deng J Q, Wu Z M, Wang A L, Zhao R Y, Hu A Y 2014 Chin. J. Comput. Phys. 31 617 (in Chinese) [邓军权, 毋志民, 王爱玲, 赵若禺, 胡爱元 2014 计算物理 31 617]

    [13]

    Zhang L M, Fan G H, Ding S F 2007 Acta Phys. -Chim. Sin. 23 1498 (in Chinese) [张丽敏, 范广涵, 丁少锋 2007 物理化学学报 23 1498]

    [14]

    Lin Z, Guo Z Y, Bi Y J 2009 Acta Phys. Sin. 58 1917 (in Chinese) [林竹, 郭志友, 毕艳军 2009 物理学报 58 1917]

    [15]

    Fan Y Q, He A L 2010 Acta Phys. -Chim. Sin. 26 2801 (in Chinese) [樊玉勤, 何阿玲 2010 物理化学学报 26 2801]

    [16]

    Zhang Y 2008 Ph. D. Dissertation (Wuhan: Huazhong University of Science Technology) (in Chinese) [张勇 2008 博士学位论文 (武汉: 华中科技大学)]

    [17]

    Zunger A 2003 Appl. Phys. Lett. 83 57

    [18]

    Yuan D, Huang D H, Luo H F 2012 Acta Phys. Sin. 61 147101 (in Chinese) [袁娣, 黄多辉, 罗华锋 2012 物理学报 61 147101]

    [19]

    Wu R Q, Shen L, Yang M, Sha Z D, Cai Y Q, Feng Y P 2008 Phys. Rev. B 77 073203

    [20]

    Korotkov R Y, Gregie J M, Wessels B W 2001 Appl. Phys. Lett. 78 222

    [21]

    Ishihara M, Li S J, Yumoto H, Akashi K, Ide Y 1998 Thin Solid Films 316 152

    [22]

    Segall M D, Lindan P J D, Probert M J 2002 J. Phys. 14 2717

    [23]

    Li J, Nam K B, Nakarmi M L 2003 Appl. Phys. Lett. 83 5163

    [24]

    Anisimov V I, Aryasetiawan F, Lichtenstein A I 1997 J. Phys.: Condens. Matter 9 767

    [25]

    Dong Y C, Guo Z Y, Bi Y J, Lin Z 2009 Chin. J. Lumin. 30 314 (in Chinese) [董玉成, 郭志友, 毕艳军, 林竹 2009 发光学报 30 314]

    [26]

    Gao X Q, Guo Z Y, Cao D X, Zhang Y F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3418 (in Chinese) [高小奇, 郭志友, 曹东兴, 张宇飞 2010 物理学报 59 3418]

    [27]

    Shen X C 1992 Optical Property of Semiconductor (Beijing: Science Press) p24 (in Chinese) [沈学础 1992 半导体光学性质 (北京: 科学出版社) 第24页]

  • [1] 段满益, 徐 明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军. 过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5359-5365. doi: 10.7498/aps.56.5359
    [2] 毕艳军, 郭志友, 孙慧卿, 林 竹, 董玉成. Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7800-7805. doi: 10.7498/aps.57.7800
    [3] 赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维. Cu,Fe掺杂LiNbO3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014212. doi: 10.7498/aps.65.014212
    [4] 王寅, 冯庆, 王渭华, 岳远霞. 碳-锌共掺杂锐钛矿相TiO2 电子结构与光学性质的第一性原理研究 . 物理学报, 2012, 61(19): 193102. doi: 10.7498/aps.61.193102
    [5] 何静芳, 郑树凯, 周鹏力, 史茹倩, 闫小兵. Cu-Co共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(4): 046301. doi: 10.7498/aps.63.046301
    [6] 邢海英, 范广涵, 赵德刚, 何 苗, 章 勇, 周天明. Mn掺杂GaN电子结构和光学性质研究. 物理学报, 2008, 57(10): 6513-6519. doi: 10.7498/aps.57.6513
    [7] 潘凤春, 林雪玲, 曹志杰, 李小伏. Fe, Co, Ni掺杂GaSb的电子结构和光学性质. 物理学报, 2019, 68(18): 184202. doi: 10.7498/aps.68.20190290
    [8] 熊子谦, 张鹏程, 康文斌, 方文玉. 一种新型二维TiO2的电子结构与光催化性质. 物理学报, 2020, 69(16): 166301. doi: 10.7498/aps.69.20200631
    [9] 余志强, 张昌华, 郎建勋. P掺杂硅纳米管电子结构与光学性质的研究. 物理学报, 2014, 63(6): 067102. doi: 10.7498/aps.63.067102
    [10] 宋庆功, 刘立伟, 赵辉, 严慧羽, 杜全国. YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(10): 107102. doi: 10.7498/aps.61.107102
    [11] 程和平, 但加坤, 黄智蒙, 彭辉, 陈光华. 黑索金电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 163102. doi: 10.7498/aps.62.163102
    [12] 骆最芬, 岑伟富, 范梦慧, 汤家俊, 赵宇军. BiTiO3电子结构及光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(14): 147102. doi: 10.7498/aps.64.147102
    [13] 王磊, 涂兵田. 含磷酸胍基间作用的磷酸双乙酸胍晶体电子结构与光学性质研究. 物理学报, 2019, 68(6): 064210. doi: 10.7498/aps.68.20181627
    [14] 潘凤春, 林雪玲, 陈焕铭. C掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(22): 224218. doi: 10.7498/aps.64.224218
    [15] 杨春燕, 张蓉, 张利民, 可祥伟. 0.5NdAlO3-0.5CaTiO3电子结构及光学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2012, 61(7): 077702. doi: 10.7498/aps.61.077702
    [16] 程旭东, 吴海信, 唐小路, 王振友, 肖瑞春, 黄昌保, 倪友保. Na2Ge2Se5电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(18): 184208. doi: 10.7498/aps.63.184208
    [17] 谢知, 程文旦. TiO2纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(24): 243102. doi: 10.7498/aps.63.243102
    [18] 王爱玲, 毋志民, 王聪, 胡爱元, 赵若禺. 新型稀磁半导体Mn掺杂LiZnAs的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(13): 137101. doi: 10.7498/aps.62.137101
    [19] 郭建云, 郑 广, 何开华, 陈敬中. Al,Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(6): 3740-3746. doi: 10.7498/aps.57.3740
    [20] 梁伟华, 丁学成, 褚立志, 邓泽超, 郭建新, 吴转花, 王英龙. 镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(11): 8071-8077. doi: 10.7498/aps.59.8071
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-21
  • 修回日期:  2017-11-30
  • 刊出日期:  2019-02-20

Cu,O共掺杂AlN晶体电子结构与光学性质研究

  • 1. 哈尔滨工程大学理学院, 纤维集成光学教育部重点实验室, 哈尔滨 150001
  • 通信作者: 张杨, zhangyang@hrbeu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61377085,11204048)、中国博士后科学基金(批准号:2013M541348)和中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对纯AlN,Cu单掺杂以及Cu与O共掺杂AlN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AlN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.

English Abstract

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