● 摘要
天然ZnO通常会产生氧空位和锌间隙原子,这些本征缺陷使ZnO呈n型导电性。而且通过掺杂IIIA族元素，可以得到高质量的ZnO薄膜。在ZnO光电性能应用的研究中,制备结型器件是ZnO薄膜实用化的关键，p-n结的研究成为该领域中的重要内容。因此，获得低电阻的p型ZnO薄膜是必不可少的。但是, 由于ZnO中的氧空位和锌间隙原子这些本征施主缺陷会对受主产生高度自补偿作用,而且ZnO受主能级一般很深，受主掺杂的固溶度很低，因此难以实现p型转变。虽然关于p型氧化锌薄膜的实验研究已有大量的报导，但是高性能的稳定的p型ZnO薄膜却仍旧很难得到，关于这方面的理论研究目前报导并不很多，有关共掺p型ZnO的性质迄今尚未十分清楚，因此从理论上对其进行深入研究具有重要的意义。本文采用第一性原理平面波超软赝势方法，在密度泛函理论(DFT)的局域密度近似(LDA)下，通过对不同掺杂情况的ZnO电子结构进行模拟计算，分析和探讨了共掺p型ZnO的性质及传导机理。计算结果表明：纯ZnO晶格常数与实验数据接近，且表征材料属性的c/a比值与实验数据相吻合；带隙宽度与文献计算结果相符合，比实验值偏低；掺杂后，Zn-N、Al-O、Al-N的键长都比Zn-O的键长小，导致原胞体积减小，且随着掺杂比例的提高，原胞体积逐渐减小；只掺杂氮原子时，由于强烈的受主－受主相互排斥作用使体系形成能升高，氮原子不稳定，难以提高受主掺杂浓度，传导特性差；将氮铝按2:1共掺能有效提高受主的掺杂浓度，且随着铝在锌靶中掺入比例的提高，载流子迁移率提高，浓度增大，使p型ZnO电导率增大，传导特性增强。