II-VI族化合物半導体中の3d遷移金属不純物の電子状態

II-VI 化合物半导体中 3d 过渡金属杂质的电子态

基本信息

批准号：
63604504
负责人：
吉田博
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

不純物と母体原子を含む単位胞を無限に並べたスーパーセル法と密度汎関数法に立脚したノルム保存型擬ポテンシャル法とによって、結晶構造や対称性を仮定することなく電子状態や結晶構造を非経験的にきめる計算方法の開発を行った。新しく開発したスーパーセル法のテストケースとして、p型シリコンの水素による不動態化(Hydrogen Passivation)の問題を選んだ。ボロン(B)などのアクセプタをドープしたp型シリコンでは、不純物として侵入した水素(H)によってアクセプタの電気的活性が失われる。これらの機構を解明するために、スーパーセルの中に母体のSi、アクセプタであるB、そしてH不純物をパラパラとばらまいておき、第一原理からヘルマンファインマンの力を計算する。計算された力にもとづいて各構成原子を動かしながら、各原子に働く力がゼロになるように電子状態と構成原子の構造配置を決定した。その結果、H原子はSiと置換型アクセプタ不純物であるB原子との結合中心位置に入り、最近接のSiとBを大きく格子緩和して、Si-H-Bから成る3中心結合をつくる。その結果として、Bによるアクセプタ準位は、H原子の深いポテンシャルによって価電子帯中に引き込まれてその電気的活性を失う。このような経験的パラメータをいっさい含まない理論計算によって、水素によるp型シリコンの不動態化の機構が解明された。今後の計画では、p型ZnSeをつくる場合に問題になっているLiをアクセプタとして選び、Zn置換位置周辺でのLiの移動エネルギーと構造安定性を計算し、Liのアクセプタとしての不安定性の起源を解明する。

超晶胞法（包含杂质和母原子的晶胞无限排列）和基于密度泛函理论的范数守恒赝势法使我们能够在不假设晶体结构或对称性的情况下解构电子态和晶体结构。开发了一种可以根据经验确定的计算方法。作为新开发的超级电池方法的测试案例，我们选择了p型硅的氢钝化问题。在掺杂有硼 (B) 等受主的 p 型硅中，由于氢 (H) 作为杂质进入，受主的电活性丧失。为了阐明这些机制，我们将母体 Si、受体 B 和 H 杂质分散在超晶胞中，并根据第一原理计算赫尔曼-费曼力。在根据计算出的力移动各构成原子的同时，确定构成原子的电子状态和结构排列，使得作用在各原子上的力为零。结果，H原子进入Si和作为取代受体杂质的B原子之间的键中心位置，并极大地弛豫了最近的Si和B的晶格，形成由Si-H-B组成的三中心键。结果，B 的受体能级被 H 原子的深电势拉入价带并失去其电活性。通过不包含任何此类经验参数的理论计算阐明了氢钝化 p 型硅的机理。在未来的计划中，我们将选择Li作为受体，这是创建p型ZnSe时遇到的问题，计算Li在Zn取代位点周围的转移能和结构稳定性，并研究Li作为受体不稳定的根源。阐发。