Zn空位对Al-P共掺杂ZnO电子结构影响的第一性原理计算

来源：计算物理杂志2017年第6期北京时间：

作者：李磊磊, 李维学, 戴剑锋, 王青

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，AlZn-PZn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AlZn-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AlZn-PZn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.AlZn-2PZn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AlZn-2PZn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.

关键词：Al-P共掺杂, 第一性原理, Zn空位, 电子结构