ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)由于錯配度小,化學(xué)穩(wěn)定性好,具有優(yōu)良的光學(xué)、壓電和熱電效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),是下一代電子器件的理想材料。但是ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)的帶隙寬度較寬制約了ZnO/GaN的應(yīng)用。為了減小ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)的帶隙寬度,提高對可見光的吸收,采用第一性原理研究了Cu摻雜對ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)穩(wěn)定性、帶隙和光學(xué)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明:Cu摻雜ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)的結(jié)合能是負(fù)值,因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,但是Cu位于界面處的結(jié)合能要比基體內(nèi)的小,因此更容易在界面處形成。Cu置換Ga能夠明顯的減小帶隙的寬度,且在帶隙中引入了Cu-3d雜質(zhì)態(tài),有利于可見光的吸收,但是置換Zn后不是很明顯。Cu摻雜ZnO/GaN后引起吸收系數(shù)產(chǎn)生紅移,且Cu置換Ga后吸收系數(shù)在3.2eV附近處產(chǎn)生明顯的吸收峰55377cm^-1。Cu摻雜也使得復(fù)介電常數(shù)虛部以及折射率虛部產(chǎn)生紅移,說明摻雜有利于可見光的吸收。雖然Cu置換Ga后反射率有了較大的提升,但是總體仍然維持在較低的水平,因此反射率較低。

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖1GaN/ZnO異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)

常溫下ZnO和GaN都具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，空間群P63mc，四個N(O）原子位于構(gòu)成一個四面體，Ga(Zn）原子位于四面體中心。雖然關(guān)于ZnO和GaN可以在（1000）面形成異質(zhì)結(jié)，但是由于該平面屬于極性面，存在自發(fā)極化電場和壓電極化電場，容易導(dǎo)致量子陷阱，即量子限制Stark效應(yīng)[....

圖2Cu摻雜GaN/ZnO異質(zhì)結(jié)的帶隙

圖2是Cu摻雜GaN/ZnO異質(zhì)結(jié)的帶隙結(jié)構(gòu)，可以看出純凈的GaN/ZnO異質(zhì)結(jié)帶隙寬度為2.89eV,Cu置換Ga、Cu置換Zn后的帶隙寬度分別為2.21eV、2.71eV,Cu置換Ga后的帶隙減小最為明顯，而置換Zn后的帶隙減小非常有限。這主要是由于Cu原子摻雜后能夠與GaN....

圖3復(fù)介電常數(shù)：（a）實(shí)部；（b）虛部

圖3(a）和圖3(b）分別是復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部ε1（ω）和虛部ε2（ω）與入射光子能量的關(guān)系。圖3(a）中可以看出純凈的GaN/ZnO異質(zhì)結(jié)、Cu置換Zn、Cu置換Ga以及Cu同時(shí)置換Ga和Zn對應(yīng)的靜態(tài)介電常數(shù)ε1(0）分別為4.32、4.63、6.02、6.96，與帶隙寬度Eg....

圖4Cu摻雜ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)的吸收系數(shù)

根據(jù)Lambert-Beer定律[28]，入射強(qiáng)度為I0的光經(jīng)固體吸收后出射強(qiáng)度I與吸收系數(shù)α（ω）滿足關(guān)系式（6），而α（ω）和入射光角頻率之間滿足關(guān)系式（7），其中ε11（ω）和ε2（ω）分別為復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部。圖4是Cu摻雜ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)的吸收系數(shù)，在可見光區(qū)間....

本文編號：3944521