Mg,N掺杂β-Ga_(2)O_(3)光电性质的第一性原理计算

摘要

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Mg单掺杂、N单掺杂和不同浓度的Mg-N共掺杂β-Ga_(2)O_(3)的结构性质、电子性质和光学性质,以期获得性能比较优异的p型β-Ga_(2)O_(3)材料。建立了五种模型:Mg单掺杂、N单掺杂、1个Mg-N共掺杂、2个Mg-N共掺杂和3个Mg-N共掺杂β-Ga_(2)O_(3)。经过计算,3个Mg-N共掺杂β-Ga_(2)O_(3)体系的结构最稳定。此外,在5种模型中,3个Mg-N共掺杂β-Ga_(2)O_(3)体系的禁带宽度是最小的,并且N 2p和Mg 3s贡献的占据态抑制了氧空位的形成,从而增加了空穴浓度。因此,3个Mg-N共掺杂β-Ga_(2)O_(3)体系表现出优异的p型性质。3个Mg-N共掺杂体系的吸收峰出现明显红移,在太阳盲区的光吸收系数较大,这归因于导带Ga 4s、Ga 4p、Mg 3s向价带O_(2)p、N 2p的带间电子跃迁。本工作将为p型β-Ga_(2)O_(3)日盲光电材料的研究和应用提供理论指导。