贵州大学大数据与信息工程学院，新型光电子材料与技术研究所,贵阳 550025
采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法对Sc、Ce单掺和共掺后CrSi2的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数和光电导率进行了计算。结果表明：Sc、Ce掺杂CrSi2的晶格常数增大，带隙变小。本征CrSi2的带隙为0.386 eV，Sc、Ce单掺及共掺CrSi2的禁带宽度分别减小至0.245 eV、0.232 eV、0.198 eV，费米能级均向低能区移动进入价带。由于Sc的3d态电子和Ce的4f态电子的影响，Sc、Ce掺杂的CrSi2在导带下方出现了杂质能级。掺杂后的CrSi2介电函数虚部第一介电峰峰值增加且向低能方向移动，说明Sc、Ce掺杂使得CrSi2在低能区的光跃迁强度增强，Sc-Ce共掺时更明显。Sc、Ce掺杂的CrSi2吸收边在低能方向发生红移，在能量大于21.6 eV特别是在位于31.3 eV的较高能量附近，本征CrSi2几乎不吸收光子，Sc单掺和Sc-Ce共掺CrSi2吸收光子的能力有所增强，并在E=31.3 eV附近形成了第二吸收峰。说明掺杂Sc、Ce改善了CrSi2对红外和较高能区光子的吸收。在小于3.91 eV的低能区掺杂后的CrSi2光电导率增加。在20.01 eV
第一性原理 掺杂 电子结构 光学性质 first-principle CrSi2 CrSi2 doping electronic structure optical property
贵州大学大数据与信息工程学院，新型光电子材料与技术研究所，贵阳 550025
采用第一性原理计算方法，对本征Mn4Si7以及P和As掺杂的Mn4Si7的电子结构和光学性质进行计算解析。计算结果表明本征Mn4Si7是带隙值为0.810 eV的间接带隙半导体材料，P掺杂Mn4Si7的带隙值增大为0.839 eV，As掺杂Mn4Si7的带隙值减小为0.752 eV。掺杂使得Mn4Si7的能带结构和态密度向低能方向移动，同时使得介电函数的实数部分在低能区明显增大，虚数部分几乎全部区域增加且8 eV以后趋向于零。此外掺杂还增加了高能区的消光系数、吸收系数、反射系数以及光电导率，明显改善了Mn4Si7的光学性质。
第一性原理 掺杂 能带结构 态密度 光学性质 first-principle Mn4Si7 Mn4Si7 doping band structure density of state optical property
贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所, 贵州 贵阳 550025
采用wxAMPS软件模拟了GaN/Si单异质结太阳电池,研究了电池各层掺杂浓度、厚度及温度对电池开路电压(VOC)、短路电流密度(JSC)、填充因子(F)和光电转换效率的影响。模拟结果表明,随着Si层受主浓度的增大,JSC减小,VOC、F和转换效率均增大。当GaN掺杂浓度为5×10 18 cm -3、Si掺杂浓度为5×10 19 cm -3时,Si层厚度为16 μm的超薄电池的转换效率可达到16.91%。随着Si层厚度的增加,VOC、JSC、F和转换效率均增大。GaN层厚度为0.005 μm、Si层厚度为100 μm时,转换效率可达到24.58%。研究结果表明,当GaN/Si单异质结太阳电池的厚度为目前最高效硅基太阳电池厚度的60%时,前者的效率达到后者的92%。研究结果有助于制备高效的GaN/Si单异质结太阳电池。
材料 晶体硅太阳电池 wxAMPS软件 GaN/Si单异质结 转换效率 光学学报
2020, 40(24): 2416001
1 中国科学技术大学纳米仿生学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米器件与应用重点实验室,江苏 苏州 215123
3 贵州大学大数据与信息工程学院,贵州 贵阳 550025
利用Zn扩散方法制备了倍增层厚度为1.5,1.0,0.8 μm的In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管(APDs),研究了该器件特性。随着倍增层厚度的增加,器件的贯穿电压和击穿电压均呈现增大趋势。基于Silvaco模拟计算了APD器件的倍增层厚度对电场强度、电流特性、击穿电压与贯穿电压的影响规律,结果表明,随着倍增层厚度的增加,倍增层内电场强度减小,贯穿电压和击穿电压同时增大,与实验结果吻合。进一步研究发现,当倍增层的厚度小于0.8 μm时,击穿电压随着倍增层厚度的增加会先减小后增大,贯穿电压则会单调增大。
光学学报
2020, 40(18): 1804001
贵州大学大数据与信息工程学院，新型光电子材料与技术研究所，贵阳 550025
采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法，对Co掺杂CrSi2的几何结构、电子结构和光学性质进行了计算与分析。结果表明，掺杂后的CrSi2 晶格常数无明显变化，禁带宽度增大。由于Co元素3d电子的影响，在费米能级附近出现了杂质能级。掺杂后的CrSi2复介电函数虚部在低能方向发生红移，在 小于1.20 eV，大于2.41 eV的能量范围内光跃迁强度增强。吸收系数的主峰向高能方向移动，峰值增大，在小于1.38 eV，大于3.30 eV的能量范围改善了 CrSi2对红外光子的吸收。光电导率的主峰向高能方向移动，在小于1.16 eV，大于2.36 eV的能量范围内光电导率增强，说明掺杂Co元素后改善了CrSi2特别是 红外光区的光电性质，计算结果为CrSi2光电器件的研究制造提供了理论依据。
第一性原理 掺杂 电子结构 光学性质 first principle CrSi2 CrSi2 doping electronic structure optical property
1 贵州大学大数据与信息工程学院,贵阳 550025
2 贵州大学新型光电子材料与技术研究所,贵阳 550025
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法, 计算了Mn4Si7及Mo掺杂Mn4Si7的电子结构和光学性质。计算结果表明Mn4Si7的禁带宽度Eg=0.804 eV, Mo掺杂Mn4Si7的禁带宽度Eg=0.636 eV。掺杂使得 Mn4Si7费米面附近的电子结构发生改变, 导带底由Γ点转移为Y 点向低能方向下偏移, 价带顶向高能方 向上偏移, 带隙变窄。计算还表明Mo掺杂 Mn4Si7使介电函数、折射率、吸收系数及光电导率等光学性质增加。
第一性原理 电子结构 光学性质 first principle Mn4Si7 Mn4Si7 electronic structure optical property
1 贵州大学 大数据与信息工程学院 新型光电子材料与技术研究所, 贵阳 550025
2 贵州师范大学 物理与电子科学学院, 贵阳 550001
采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了本征Mg2Si及钴(Co)掺杂Mg2Si体系的晶体结构、自旋态密度、磁性和光学性质。结果表明, Co替Mg(CoMg)缺陷的形成能为负, 可以形成稳定的缺陷。从自旋态密度可以看出, 本征Mg2Si为无磁性半导体; 向Mg2Si体系掺入Co后, 体系的磁矩由于Co3d态和Si3p态杂化(pd杂化)诱导产生, 且体系呈明显的半金属特性。超胞中Co的磁矩为0.53μB。从吸收光谱可以看出, Co掺杂Mg2Si的主吸收峰强度略小于本征Mg2Si, 但吸收跨度则明显大于本征Mg2Si。本征Mg2Si对于能量小于1.55eV(对应波长为800nm)的光子几乎不吸收, 而掺杂体系还存在着较大的吸收, 说明Co元素的掺杂显著地改善了Mg2Si对低能(红外)光子的吸收。计算结果为Mg2Si基自旋电子器件和光电子器件的设计和应用提供了理论依据。
Co掺杂 态密度 磁性 光学性质 第一性原理 Mg2Si Mg2Si Codoped density of state magnetism optical properties the firstprinciple
1 贵州大学 大数据与信息工程学院, 贵阳 550025
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
通过分子束外延生长和开管式Zn扩散方法, 制备了低暗电流、宽响应范围的In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管.在0.95倍雪崩击穿电压下, 器件暗电流小于10 nA; -5 V偏压下电容密度低至1.43×10-8 F/cm2.在1 310 nm红外光照及30 V反向偏置电压下, 雪崩光电二极管器件的响应范围为50 nW~20 mW, 响应度达到1.13 A/W.得到了电荷层掺杂浓度、倍增区厚度结构参数与击穿电压和贯穿电压的关系: 随着电荷层电荷密度的增加, 器件贯穿电压线性增加, 而击穿电压线性降低; 电荷层电荷面密度为4.8×1012 cm-2时, 随着倍增层厚度的增加, 贯穿电压线性增加, 击穿电压增加.通过对器件结构优化, 雪崩光电二极管探测器实现25 V的贯穿电压和57 V的击穿电压, 且具有低暗电流和宽响应范围等特性.
雪崩光电二极管 低暗电流 宽响应范围 分子束外延 Zn扩散 Avalanche photodiode Low dark current Wide-range response Molecular beam epitaxy Zn diffusion
1 贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所, 贵州 贵阳 550025
2 贵州师范大学物理与电子科学学院, 贵州 贵阳 550001
用磁控溅射方法在Si衬底上制备了Al掺杂Mg2Si薄膜,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子 力显微镜(AFM)和分光光度计研究了掺杂含量对Mg2Si薄膜组分、表面形貌、粗糙度及 光学带隙值的影响。XRD结果表明随着Al掺杂量的增加,Mg2Si衍射峰先增强后减弱。SEM及AFM的结果表明随掺杂量的增加,结晶度 先增加后降低,晶粒尺寸减小,粗糙度先增加后降低。得到掺杂后薄膜 间接跃迁带隙范围为0.423～0.495 eV,直接跃迁带隙范围为0.72～0.748 eV,掺杂前薄膜间接跃迁带隙和直接跃迁带隙分别为0.53 eV、0.833 eV。
材料 Mg2Si薄膜 Al掺杂 光学带隙 显微 materials Mg2Si thin films Al doping optical band gap microscopy
1 安顺学院 航空电子电气与信息网络贵州省高校工程技术研究中心, 贵州安顺 561000
2 贵州大学 大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所, 贵州贵阳 550025
3 格林威治大学 计算力学与可靠性研究中心, 伦敦 SE10 9LS
4 中国科学院北京分院 科技合作处, 北京 100190
Mg2Si材料作为一种新型环境友好半导体材料, 其薄膜制备方法及其光学性质的研究对其应用研发起到基础性作用.采用电子束蒸发方法在Si(111)衬底上沉积Mg膜, 在氩气环境下进行热处理以制备Mg2Si半导体薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、分光光度计对制备的Mg2Si薄膜进行表征.在氩气环境、温度500 ℃、压强200 Pa下, 研究热处理时间(时间3-7 h)对Mg2Si薄膜形成的影响.XRD和SEM结果表明：通过电子束蒸发沉积方法在500 ℃、热处理时间为3~7 h能够得到Mg2Si薄膜.热处理温度是500 时, 最佳热处理时间是4 h, 得到致密度好的薄膜.通过对薄膜的红外透射谱测试, 得到了Mg2Si薄膜的光学带隙, 其间接光学带隙值为0.9433 eV, 直接光学带隙值为1.1580 eV.实验数据为Mg2Si薄膜的研发在制备工艺和光学性质方面提供参考.
半导体薄膜 电子束蒸发 热处理 semiconducting film Mg2Si Mg2Si electron beam evaporation heat treatment
