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掺Ga对ZnO电子态密度和光学性质的影响

刘建军

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掺Ga对ZnO电子态密度和光学性质的影响

刘建军

The effect on electronic density of states and optical properties of ZnO by doping Ga

Liu Jian-Jun
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  • 采用密度泛函理论下的第一性原理平面波赝势方法,研究了掺Ga对纤锌矿ZnO电子态密度和光学性质的影响.从晶体配位场理论分析了掺Ga前后ZnO的成键情况及态密度的变化.计算得到掺Ga后电子浓度为2.42×1021 cm-3,ZnO的载流子浓度提高了104倍.比较分析掺Ga前后ZnO的介电函数、复折射率、吸收光谱和反射光谱可得,ZnO光吸收边向高能端移动,光学带隙增大.在可见光区,ZnO光吸收系数与反射率减小,光透过率显著提高,使ZnO:Ga成为
    The electronic structures and optical properties of pure and Ga-doped wurtzite ZnO are studied by using first-principles plane wave pseudopotential method based on the density functional theory. The bonding of ZnO and changes in density of states are analyzed using of the crystal ligand field theory. Electron concentration is 2.42×1021 cm-3 by calculation, and carrier concentration of ZnO is raised 104 fold by doping Ga. Analysis of dielectric function, refractive index, absorption spectrum and reflectance spectrum of pure and Ga-doped ZnO shows that the optical absorption edge moving to high energy leads optical gap to broaden. In the visible light region, optical absorption coefficient and reflectivity are reduced and optical transmittance is increased significantly. Optical properties of ZnO are improved effectively by Ga doping.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号:60806015)资助的课题.
    [1]

    Nomura K, Ohta H, Ueda K, Kamiya T, Hirano M, Hosono H 2003 Science 300 1269

    [2]

    zgür ü, Alivov Y I, Liu C, Teke A, Reshchikov M A, Do an S, Avrutin V, Cho S J, Morko H 2005 J. Appl. Phys. 98 041301

    [3]

    Pearton S J, Norton D P, Ip K, Heoa Y W, Steinerb T 2005 Prog. Mater. Sci. 50 293

    [4]

    Suchea M, Christoulakis S, Moschovis K, Katsarakis N, Kiriakidis G 2006 Thin Solid Films 515 551

    [5]

    Water W, Chu S Y, Juang Y D, Wu S J 2002 Mater. Lett. 57 998

    [6]

    Michelotti F, Belardini A, Rousseau A, Ratsimihety A, Schoer G, Mueller J 2006 J. Non-Cryst Solids 352 2339

    [7]

    Hupkes J, Rech B, Kluth O, Repmanna T, Zwaygardta B, Müllera J, Dreseb R, Wuttig M 2006 Sol. Energy. Mater. Sol. Cells 90 3054

    [8]

    Jeong W J, Kim S K, Park G C 2006 Thin Solid Films 506 180

    [9]

    Novodvorsky O A, Gorbatenko L S, Panchenko V Y, Khramova O D, Cherebilo Y A, Wenzel C, Bartha J W, Bublik V T, Shcherbachev K D 2009 Semiconductors 43 419

    [10]

    Bhosle V, Tiwari A, Narayan J 2006 J. Appl. Phys. 100 033713

    [11]

    Miyake A, Yamada T, Makino H, Yamamoto N, Yamamoto T 2009 Thin Solid Films 517 3130

    [12]

    Zhao H F, Cao Q X, Li J T 2008 Acta Phys. Sin. 57 5828 (in Chinese) [赵慧芳、 曹全喜、 李建涛 2008 物理学报 57 5828]

    [13]

    Yamamoto T, Katayama Y H 2002 Physica B 302 155

    [14]

    Chen K, Fan G H, Zhang Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 1054 (in Chinese) [陈 琨、 范广涵、 章 勇 2008 物理学报 57 1054]

    [15]

    Shi L B, Li M B, Ren J Y, Wang L J, Xu C Y 2009 Chin. Phys. B 18 733

    [16]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Shen Y B, Chen Q Y, Ding Y C, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5359 (in Chinese) [段满益、 徐 明、 周海平、 沈益斌、 陈青云、 丁迎春、 祝文军 2007 物理学报 56 5359]

    [17]

    Tang X, Lü H F, Ma C Y, Zhao J J, Zhang Q Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 7806 (in Chinese) [唐 鑫、 吕海峰、 马春雨、 赵纪军、 张庆瑜 2008 物理学报 57 7806]

    [18]

    Wang Z J, Li S C, Wang L Y, Liu Z 2009 Chin. Phys. B 18 2992

    [19]

    Guo J Y, Zheng G, He K H, Chen J Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 3740 (in Chinese) [郭建云、 郑 广、 何开华、 陈敬中 2008 物理学报 57 3740]

    [20]

    Segall M D, Lindan P J D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2008 J. Phys. : Condens. Matter 14 2717

    [21]

    Aghamalyan N R, Kafadaryan E A, Hovsepyan R K, Petrosyan S I 2005 Semicond. Sci. Technol. 20 80

    [22]

    Look D C, Clafin B, Alivov Y I, Park S J 2004 Phys. Stat. Sol. A 201 2203

    [23]

    Mang A, Reimann K, Rübenacke S 1995 Solid State Commun. 94 251

  • [1]

    Nomura K, Ohta H, Ueda K, Kamiya T, Hirano M, Hosono H 2003 Science 300 1269

    [2]

    zgür ü, Alivov Y I, Liu C, Teke A, Reshchikov M A, Do an S, Avrutin V, Cho S J, Morko H 2005 J. Appl. Phys. 98 041301

    [3]

    Pearton S J, Norton D P, Ip K, Heoa Y W, Steinerb T 2005 Prog. Mater. Sci. 50 293

    [4]

    Suchea M, Christoulakis S, Moschovis K, Katsarakis N, Kiriakidis G 2006 Thin Solid Films 515 551

    [5]

    Water W, Chu S Y, Juang Y D, Wu S J 2002 Mater. Lett. 57 998

    [6]

    Michelotti F, Belardini A, Rousseau A, Ratsimihety A, Schoer G, Mueller J 2006 J. Non-Cryst Solids 352 2339

    [7]

    Hupkes J, Rech B, Kluth O, Repmanna T, Zwaygardta B, Müllera J, Dreseb R, Wuttig M 2006 Sol. Energy. Mater. Sol. Cells 90 3054

    [8]

    Jeong W J, Kim S K, Park G C 2006 Thin Solid Films 506 180

    [9]

    Novodvorsky O A, Gorbatenko L S, Panchenko V Y, Khramova O D, Cherebilo Y A, Wenzel C, Bartha J W, Bublik V T, Shcherbachev K D 2009 Semiconductors 43 419

    [10]

    Bhosle V, Tiwari A, Narayan J 2006 J. Appl. Phys. 100 033713

    [11]

    Miyake A, Yamada T, Makino H, Yamamoto N, Yamamoto T 2009 Thin Solid Films 517 3130

    [12]

    Zhao H F, Cao Q X, Li J T 2008 Acta Phys. Sin. 57 5828 (in Chinese) [赵慧芳、 曹全喜、 李建涛 2008 物理学报 57 5828]

    [13]

    Yamamoto T, Katayama Y H 2002 Physica B 302 155

    [14]

    Chen K, Fan G H, Zhang Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 1054 (in Chinese) [陈 琨、 范广涵、 章 勇 2008 物理学报 57 1054]

    [15]

    Shi L B, Li M B, Ren J Y, Wang L J, Xu C Y 2009 Chin. Phys. B 18 733

    [16]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Shen Y B, Chen Q Y, Ding Y C, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5359 (in Chinese) [段满益、 徐 明、 周海平、 沈益斌、 陈青云、 丁迎春、 祝文军 2007 物理学报 56 5359]

    [17]

    Tang X, Lü H F, Ma C Y, Zhao J J, Zhang Q Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 7806 (in Chinese) [唐 鑫、 吕海峰、 马春雨、 赵纪军、 张庆瑜 2008 物理学报 57 7806]

    [18]

    Wang Z J, Li S C, Wang L Y, Liu Z 2009 Chin. Phys. B 18 2992

    [19]

    Guo J Y, Zheng G, He K H, Chen J Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 3740 (in Chinese) [郭建云、 郑 广、 何开华、 陈敬中 2008 物理学报 57 3740]

    [20]

    Segall M D, Lindan P J D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2008 J. Phys. : Condens. Matter 14 2717

    [21]

    Aghamalyan N R, Kafadaryan E A, Hovsepyan R K, Petrosyan S I 2005 Semicond. Sci. Technol. 20 80

    [22]

    Look D C, Clafin B, Alivov Y I, Park S J 2004 Phys. Stat. Sol. A 201 2203

    [23]

    Mang A, Reimann K, Rübenacke S 1995 Solid State Commun. 94 251

  • [1] 彭婕, 张嗣杰, 王苛, DoveMartin. 经式8-羟基喹啉铝的光谱与激发性质密度泛函. 物理学报, 2020, 69(2): 023101. doi: 10.7498/aps.69.20191453
    [2] 李媛媛, 胡竹斌, 孙海涛, 孙真荣. 胆红素分子激发态性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2020, 69(16): 163101. doi: 10.7498/aps.69.20200518
    [3] 罗强, 杨恒, 郭平, 赵建飞. N型甲烷水合物结构和电子性质的密度泛函理论计算. 物理学报, 2019, 68(16): 169101. doi: 10.7498/aps.68.20182230
    [4] 杨振清, 白晓慧, 邵长金. (TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究. 物理学报, 2015, 64(7): 077102. doi: 10.7498/aps.64.077102
    [5] 余本海, 陈东. 用密度泛函理论研究氮化硅新相的电子结构、光学性质和相变. 物理学报, 2014, 63(4): 047101. doi: 10.7498/aps.63.047101
    [6] 徐莹莹, 阚玉和, 武洁, 陶委, 苏忠民. 并苯纳米环[6]CA及其衍生物的电子结构和光物理性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2013, 62(8): 083101. doi: 10.7498/aps.62.083101
    [7] 段永华, 孙勇. (α, β , γ)-Nb5Si3电子结构和光学性质研究. 物理学报, 2012, 61(21): 217101. doi: 10.7498/aps.61.217101
    [8] 冯现徉, 逯瑶, 蒋雷, 张国莲, 张昌文, 王培吉. In掺杂ZnO超晶格光学性质的研究. 物理学报, 2012, 61(5): 057101. doi: 10.7498/aps.61.057101
    [9] 逯瑶, 王培吉, 张昌文, 蒋雷, 张国莲, 宋朋. 第一性原理研究In,N共掺杂SnO2材料的光电性质. 物理学报, 2011, 60(6): 063103. doi: 10.7498/aps.60.063103
    [10] 于峰, 王培吉, 张昌文. Al掺杂SnO2 材料电子结构和光学性质. 物理学报, 2011, 60(2): 023101. doi: 10.7498/aps.60.023101
    [11] 张致龙, 陈玉红, 任宝兴, 张材荣, 杜瑞, 王伟超. (HMgN3)n(n=15)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2011, 60(12): 123601. doi: 10.7498/aps.60.123601
    [12] 于峰, 王培吉, 张昌文. N掺杂SnO2材料光电性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7285-7290. doi: 10.7498/aps.59.7285
    [13] 金蓉, 谌晓洪. 密度泛函理论对ZrnPd团簇结构和性质的研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6955-6962. doi: 10.7498/aps.59.6955
    [14] 李喜波, 王红艳, 罗江山, 吴卫东, 唐永建. 密度泛函理论研究ScnO(n=1—9)团簇的结构、稳定性与电子性质. 物理学报, 2009, 58(9): 6134-6140. doi: 10.7498/aps.58.6134
    [15] 陈玉红, 康 龙, 张材荣, 罗永春, 蒲忠胜. (Li3N)n(n=1—5)团簇结构与性质的密度泛函研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4174-4181. doi: 10.7498/aps.57.4174
    [16] 李喜波, 罗江山, 郭云东, 吴卫东, 王红艳, 唐永建. 密度泛函理论研究Scn,Yn和Lan(n=2—10)团簇的稳定性、电子性质和磁性. 物理学报, 2008, 57(8): 4857-4865. doi: 10.7498/aps.57.4857
    [17] 陈玉红, 康 龙, 张材荣, 罗永春, 元丽华, 李延龙. (Ca3N2)n(n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2008, 57(10): 6265-6270. doi: 10.7498/aps.57.6265
    [18] 季正华, 曾祥华, 胡永金, 谭明秋. 高压下ZnSe的电子结构和光学性质. 物理学报, 2008, 57(6): 3753-3759. doi: 10.7498/aps.57.3753
    [19] 胡永金, 崔 磊, 赵 江, 滕玉永, 曾祥华, 谭明秋. 高压下ZnS的电子结构和性质. 物理学报, 2007, 56(7): 4079-4084. doi: 10.7498/aps.56.4079
    [20] 陈玉红, 张材荣, 马 军. MgmBn(m=1,2;n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(1): 171-178. doi: 10.7498/aps.55.171
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-12-24
  • 修回日期:  2010-01-16
  • 刊出日期:  2010-09-15

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