ZnO光學性質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體材料，在室溫下禁帶寬度為3．37eV，束縛激子能高達60meV。在晶格特性和能帶結構方面與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溫度，被認為是有望取代GaN的新一代短波長光電子材料，因而成為半導體材料科研領域的一個熱門課題。但是，從1996年首次報導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)光二極管等短波長光

2、電器件仍未達到實用化的水平，其中一個主要原因是高質量的p型ZnO薄膜的穩(wěn)定、可重復制備工藝尚未實現(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，對本征ZnO及摻雜ZnO進行模擬研究，從以下四個方面開展了工作： 首先，研究了本征ZnO的電子結構，通過對能帶結構、總體態(tài)密度、分波態(tài)密度的分析，說明了ZnO為直接寬帶隙半導體，呈現(xiàn)出n型導電性，計算結果同時表明鋅填隙（Zni）是造成p型摻雜困難的主要原因。

3、 其次，我們還詳細地計算了本征ZnO的復介電函數(shù)、復折射率、反射光譜、吸收光譜、能量損失函數(shù)等光學性質，探討了微觀結構與宏觀光學響應的關系。通過比較，我們的計算結果和其他理論、實驗值符合的很好。 然后，研究分析了以Ⅲ族（B、Al、Ga、In）原子對ZnO進行n型摻雜，在導帶底出現(xiàn)摻雜原子貢獻的大量電子，引起ZnO體系電導率的提高。隨著Al摻雜濃度的增大，ZnO的整個能帶向低能方向漂移，費米能級進入導帶，簡并化加劇。由摻雜模