论文部分内容阅读
ZnO是一种Ⅱ—Ⅵ族直接带隙宽禁带化合物半导体材料，具有压电、热电、气敏、光电导等多种性能，在许多领域都有广泛的应用．近年来ZnO在光电领域的应用引起了人们的很大关注，这是由于ZnO在室温下禁带宽度为3.37eV，可以用来制备蓝光或紫外发光二极管(LEDs)和激光器(LDs)等光电器件．尤其是ZnO具有较高的激子束缚能(60meV)，大于GaN的24meV和室温下的热能26meV，完全有可能在室温下实现有效的激子发射，因此在光电领域具有极大的发展潜力．ZnO在光电领域的应用依赖于高质量的n型和p型薄膜的制备．目前人们通过掺杂Ⅲ族元素已经获得了具有较好电学性能的n型ZnO．然而本征ZnO在内部容易产生各种施主型缺陷，发生自补偿作用使得p型ZnO薄膜难以制备，这种情况很大程度上限制了ZnO薄膜在光电器件方面的发展．尽管许多研究小组对ZnO各种可能的受主材料进行了理论研究，但获得的结论却不尽相同，并且有的与实验还存在着矛盾．本论文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了，纤锌矿ZnO、N掺杂、Li掺杂和Li、N共掺杂ZnO晶体的电子结构，分析了N掺杂、Li掺杂和Li、N共掺杂ZnO晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布．所用软件为MaterialsStudio中的CASTEP软件．主要研究内容及其结果如下：
(1)计算了纤锌矿ZnO晶格常数、能带结构、态密度，结果表明，ZnO是一种直接禁带半导体材料，导带底和价带顶都位于布里渊区中心G点处，带隙值为0.94eV，比实验值仍然偏低．
(2)N、Li都是比较理想的ZnO p型掺杂剂，N替位原子(记为No)的掺入在能隙中引入了深受主能级，载流子(空穴)局域于价带顶附近，Li替位原子(记为LiZn)的受主能级虽浅，但是会受到Li间隙原子(记为Lii)的补偿．
(3) Li、N双受主共掺杂时，ZnO的P型来源主要是Lizn，Lizn—No复合受主不是主要的受主形式，No可以和Lii形成No—Lii结构，该结构可促进N的掺入并抑制Lii的补偿效应。