范涛健　袁俊辉　杨永勇　余念念　王嘉赋

(武汉理工大学理学院物理系，武汉430070)

Co-Y共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

范涛健袁俊辉杨永勇余念念＊王嘉赋＊

(武汉理工大学理学院物理系，武汉430070)

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Co和Y单掺杂ZnO、Co-Y不同配位共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算结果表明，在本文的掺杂浓度下，Co和Y单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度，从而改善ZnO的导电性，Co-Y共掺时ZnO半导体进入简并状态，呈现金属性。Co掺杂ZnO会在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象，而Y掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收，其中由于Co离子和Y离子之间的协同效应，Co-Y共掺ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加，因此Co-Y共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件。

ZnO，第一性原理，电子结构，光学性质

0　引言

作为一种新型的宽禁带(Eg=3.37 eV)化合物半导体材料，ZnO具有大光电耦合率、低介电常量，优良的压电、光电特性以及高的化学稳定性，同时它还具有高达60meV的激子结合能，是在紫外和蓝光发射方面很有前途的新型光电子材料[1-3]。目前很多研究都主要是通过对ZnO的元素掺杂使其光电改性进而投入实际应用。例如，ZnO中添加Mg，Ga，Al等元素可以实现对ZnO电阻系数的调控，改善其导电性能[4-6]。在ZnO中掺入Fe，Mn，Ni等过渡金属原子就能形成稀磁半导体材料[7-9]。郭少强等[10]的研究表明V掺杂会使ZnO体系的最小光学带隙增宽，同时吸收带边向低能级方向移动。刘玮洁等[11]研究了不同价态稀土元素Yb掺杂ZnO的光学性质，发现掺杂体系的吸收带边发生明显红移并且Yb2+的吸收效果更好。……