Cu掺杂GaN/ZnO异质结的光学性质

发布时间：2024-03-31 21:34

　　ZnO/GaN异质结由于错配度小,化学稳定性好,具有优良的光学、压电和热电效应等优点,是下一代电子器件的理想材料。但是ZnO/GaN异质结的带隙宽度较宽制约了ZnO/GaN的应用。为了减小ZnO/GaN异质结的带隙宽度,提高对可见光的吸收,采用第一性原理研究了Cu掺杂对ZnO/GaN异质结稳定性、带隙和光学性质的影响。研究结果表明:Cu掺杂ZnO/GaN异质结的结合能是负值,因此结构稳定,但是Cu位于界面处的结合能要比基体内的小,因此更容易在界面处形成。Cu置换Ga能够明显的减小带隙的宽度,且在带隙中引入了Cu-3d杂质态,有利于可见光的吸收,但是置换Zn后不是很明显。Cu掺杂ZnO/GaN后引起吸收系数产生红移,且Cu置换Ga后吸收系数在3.2eV附近处产生明显的吸收峰55377cm^-1。Cu掺杂也使得复介电常数虚部以及折射率虚部产生红移,说明掺杂有利于可见光的吸收。虽然Cu置换Ga后反射率有了较大的提升,但是总体仍然维持在较低的水平,因此反射率较低。

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【部分图文】：

图1GaN/ZnO异质结结构

常温下ZnO和GaN都具有纤锌矿结构，空间群P63mc，四个N(O）原子位于构成一个四面体，Ga(Zn）原子位于四面体中心。虽然关于ZnO和GaN可以在（1000）面形成异质结，但是由于该平面属于极性面，存在自发极化电场和压电极化电场，容易导致量子陷阱，即量子限制Stark效应[....

图2Cu掺杂GaN/ZnO异质结的带隙

图2是Cu掺杂GaN/ZnO异质结的带隙结构，可以看出纯净的GaN/ZnO异质结带隙宽度为2.89eV,Cu置换Ga、Cu置换Zn后的带隙宽度分别为2.21eV、2.71eV,Cu置换Ga后的带隙减小最为明显，而置换Zn后的带隙减小非常有限。这主要是由于Cu原子掺杂后能够与GaN....

图3复介电常数：（a）实部；（b）虚部

图3(a）和图3(b）分别是复介电常数的实部ε1（ω）和虚部ε2（ω）与入射光子能量的关系。图3(a）中可以看出纯净的GaN/ZnO异质结、Cu置换Zn、Cu置换Ga以及Cu同时置换Ga和Zn对应的静态介电常数ε1(0）分别为4.32、4.63、6.02、6.96，与带隙宽度Eg....

图4Cu掺杂ZnO/GaN异质结的吸收系数

根据Lambert-Beer定律[28]，入射强度为I0的光经固体吸收后出射强度I与吸收系数α（ω）满足关系式（6），而α（ω）和入射光角频率之间满足关系式（7），其中ε11（ω）和ε2（ω）分别为复介电常数的实部和虚部。图4是Cu掺杂ZnO/GaN异质结的吸收系数，在可见光区间....

本文编号：3944521