Cd:O共掺杂AlN的电子结构和P型特性研究

摘要

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Cdn-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大约提高了103倍.对比各掺杂体系的能带及态密度,发现Cd-4d和N-2p态由轨道杂化在费米能级附近形成的杂质能级始终位于价带顶,空穴态随着Cdn-O复合体中Cd数目的增加占据了更多的能态密度.研究表明共掺体系中,适当控制Cd和O的浓度,可以减小Cd和O的复合概率,加强Cd-N的共价特性,对改善AlN的p型特性有重要意义.