Zn空位对Al-P共掺杂ZnO电子结构影响的第一性原理计算

摘要

采用第一性原理平面波赝势法计算ZnO(Al,P)体系的晶格参数和电子结构,重点分析Zn空位对体系晶体结构、形成能、态密度的影响.计算结果表明:Al和P共掺杂过程中,Al_(Zn)-P_(Zn)有更低的形成能,能带分析呈现n型.并随着Zn空位浓度的增大使得掺杂后的晶胞体积减小,晶格常数c先增大后减小.存在Zn空位的掺杂体系形成能比Al_(Zn)-PO掺杂体系低,体系较稳定.能带分析呈现p型趋势.Al和P以1∶2的比例掺杂时,体系的形成能降低,体系更稳定;同时,比较1个VZn和2个VZn的Al_(Zn)-P_(Zn)共掺杂体系的能带结构发现,随着Zn空位浓度增大,带隙增大,体系p型化特征增强.Al_(Zn)-2P_(Zn)共掺杂体系带隙减小为0.56 eV,更有利于提高其导电性质.然而出现2VZn后,带隙增大为0.73 eV,小于本征ZnO带隙,p型化程度更强烈;此外态密度分析表明2VZn的Al_(Zn)-2P_(Zn)共掺杂使得态密度更加分散,更多的电子穿过费米能级使得p型化更明显.因此,将Al/P按1∶2的比例共掺且Zn空位增至2个时,可以获得导电性能更好的p型ZnO.