密度泛函理论研究ZnGeP_(2)晶体中缺陷的稳定性及迁移机制

摘要

ZnGeP_(2)晶体是3—5μm中红外激光输出的最好频率转换材料,可实现激光器的全固态化和大功率输出.但在8—12μm处由于本证缺陷导致的吸收带与光参量振荡器的抽运波长交叠,限制了光参量振荡器的应用性能,使其无法实现远红外激光输出.本论文采用密度泛函理论讨论了ZnGeP_(2)晶体6种缺陷结构的形成能与缺陷迁移机制.结果表明V_(P)和V_(Ge)两种缺陷结构较难形成,V_(Zn)^(-),Zn_(Ge),Ge_(Zn)^(+)和Ge_(Zn)+V_(Zn)四种缺陷容易形成.当Ge原子微富余Zn原子,温度为10 K,500 K和600 K时,V_(Zn)^(-)形成能小于Ge_(Zn)^(+),当温度为273 K和400 K时,Ge_(Zn)^(+)形成能小于V_(Zn)^(-).晶体的体积膨胀率与缺陷形成能的关系为负相关,即晶体体积膨胀率越大,缺陷形成能越低.差分电荷密度分析显示Ge_(Zn)和V_(Zn)+Ge_(Zn)两种缺陷结构中原子间电子云密度增强,空位缺陷(V_(Zn)和V_(Ge))与反位缺陷(Ge_(Zn)和Zn_(Ge))结合形成联合缺陷后,空位缺陷格点处电子云密度增强.当温度为10 K时,ZnGeP_(2)晶体的吸收光谱显示V_(Ge),V_(Zn),Zn_(Ge)和Ge_(Zn)四种缺陷结构在0.6—2.5μm有较明显吸收.V_(Zn)的迁移能最低,V_(Ge)迁移能最高.V_(P)在迁移过程中迁移能与空间位阻有关,而V_(Ge)和V_(Zn)的迁移能与原子间距离有关.