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Mg,O共掺杂实现p型AlN的第一性原理研究
摘要:
氧（O）和镁（Mg）共掺杂是一种有效的方法来实现p型AlN材料。本文通过密度泛函理论（DFT）方法，研究了O和Mg共掺杂对AlN材料电子结构和导电性质的影响。计算结果表明，O和Mg共掺杂可以有效地引入空穴掺杂。同时，我们还对共掺杂体系的形成能和形成能级进行了计算，发现Mg是一种更有效的共掺杂元素。此外，我们还研究了共掺杂体系的稳定性和光学性质。我们的工作为实现p型AlN材料提供了重要的理论支持和指导。
引言:
氮化铝（AlN）是一种III族氮化物宽禁带半导体材料，具有优异的物理特性和广泛的应用潜力。然而，由于AlN材料的无法有效掺杂，限制了其进一步的应用。实现p型AlN材料是解决这个问题的关键。过去的研究表明，掺杂是实现p型AlN的重要方式之一。目前，许多实验和理论研究都在寻找适合的掺杂元素和方法。
实验方法和计算细节:
我们通过第一性原理密度泛函理论（DFT）方法，使用CASTEP软件包进行计算。我们采用了通用梯度近似（GGA）的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）交换-相关势，并使用超软赝势进行电子-离子相互作用的描述。我们采用14×14×12的k点网格对Brillouin区进行采样，即每个k点有196个采样点。我们对AlN晶格进行了松弛和优化，在计算过程中保持单胞的形状和体积不变。
结果和讨论:
我们首先计算了Mg和O掺杂AlN的形成能和形成能级。结果显示，Mg掺杂AlN的形成能要低于O掺杂AlN，表明Mg是一种更适合的共掺杂元素。接下来，我们研究了O和Mg共掺杂对AlN的电子结构和导电性质的影响。计算结果显示，O和Mg共掺杂可以有效地引入空穴掺杂，使AlN材料变为p型。此外，我们还分析了共掺杂体系的稳定性和光学性质。研究发现，共掺杂体系在热力学上是稳定的，并且具有较强的光学吸收特性。
结论:
通过第一性原理计算，我们研究了Mg和O共掺杂对AlN材料的影响。结果显示，Mg是一种更适合的共掺杂元素，可以有效地引入空穴掺杂，实现p型AlN材料。此外，共掺杂体系在热力学上是稳定的，并具有较强的光学吸收特性。我们的工作为实现p型AlN材料提供了重要的理论支持和指导。
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