Cd∶O共摻雜AIN的電子結構和p型特性研究.pdf

1、纖鋅礦A1N是近年來深受人們關注的直接寬禁帶半導體材料，它在Ⅲ-Ⅴ族氮化物中擁有最寬的禁帶寬度（6.2eV），適于做紫外發(fā)光及探測器件.A1N材料具有優(yōu)良的力學性能、高熱導率和熱穩(wěn)定性，使其在高溫大功率光電器件方面將有廣闊的應用空間.而A1N的p型摻雜一直制約其發(fā)展，這主要是由于A1N的p型摻雜很難克服受主摻雜劑溶解有限、高受主激活能以及摻雜劑與本征施主缺陷的補償效應等問題.
　　 共摻雜理論自Reiss等人提出后，在克服寬禁帶

2、半導體的p型摻雜困難上引起了廣泛關注，共摻雜法一般將p型摻雜劑（A）結合少量的n型雜質（D）做為共摻質（DA），在體相半導體中形成A-DA，A2-DA，A3-DA等復合體，這些復合體的存在通常能夠提高受主雜質的固溶度，降低高受主激活能，對提高空穴濃度有重要意義。
　　 為研究Cd：O共摻雜鉛鋅礦A1N的電子結構和p型特性，進而揭示導致鉛鋅礦A1N空穴濃度增加的機理，本文采用基于密度泛函理論（DFT）的總體能量平面波超軟贗勢方法，

3、結合廣義梯度近似（GGA），對純凈A1N、Cd摻雜A1N以及Cd：O共摻雜A1N的32原子超原胞體系進行了幾何結構優(yōu)化，計算了Cd：O共摻雜A1N體系的能帶結構、電子態(tài)密度、差分電荷密度、結合能、激活能等，并對此做了詳細的分析。計算工作大部分由MaterialsStudio軟件中的CASTEP程序完成。主要研究內容及其結果如下：
　　 （1）對理想A1N模型進行結構優(yōu)化，將優(yōu)化后的晶格參數(shù)與實驗值比較，發(fā)現(xiàn)計算值與實驗值誤差不超

4、過1.7％，表明計算精度高，理論模型可靠。
　　 （2）通過計算Cdn-O（n=1，2，3，4）復合體摻雜A1N的結合能，發(fā)現(xiàn)Cd：O在鉛鋅礦A1N中可以穩(wěn)定存在，共摻雜提高了Cd在A1N中的固溶度。
　　 （3）分析Cd和Cd2-O摻雜A1N體系的激活能，發(fā)現(xiàn)Cd2-O摻雜體系的激活能比單摻雜Cd減小0.2leV，表明Cd2-O的空穴濃度比單摻雜Cd大約提高了103倍。
　　 （4）對比各摻雜體系的能帶結構和電