層間ドーピングによる六方晶窒化ホウ素の光電子機能設計

层间掺杂六方氮化硼光电功能设计

基本信息

批准号：
17760527
负责人：
大場史康
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

六方晶窒化ホウ素(h-BN)の半導体化に最適なドーパントの理論予測を目的として,第一原理計算により様々な不純物のイオン化エネルギー及び形成エネルギーと電子構造を立方晶窒化ホウ素(c-BN)と比較しながら系統的に評価した.具体的には,h-BN及びc-BNスーパーセル中に様々なドーパント元素を導入し,第一原理PAW法による原子・電子構造の最適化計算を行った.得られたスーパーセルの全エネルギーを用いて不純物のイオン化エネルギーと形成エネルギーを求め,これらの値をもとにp型,n型化に適したドーパント種を考察した.本年度はとくにh-BNの層間へのドーパントの挿入に着目し,サイズミスフィットの大きな不純物も含めて系統的な計算を行った.その際,Li等のアルカリ金属元素の添加やそれに伴う欠陥形成を定量的に評価するため,基本的な窒化物及び酸化物を対象として高精度な計算技法を確立した.これをh-BNに適用した結果,n型ドーピングに関しては様々なアルカリ金属元素により低い形成エネルギーと浅いドナー準位が両立されることがわかった.また,p型ドーピングの場合は,h-BN特有の電子構造の考察からハロゲンの添加により同様な効果が期待されたため,系統的な計算を行った.その結果,フッ素の添加によりとくに浅いアクセプタ準位が形成されることが判明した.これらは,層間へのドーピングによるh-BNの半導体化の可能性を示す結果である.

为了从理论上预测将六方氮化硼（h-BN）制成半导体的最佳掺杂剂，采用第一性原理计算来估计立方氮化硼（c-BN）中各种杂质的电离能、形成能和电子结构。具体来说，h-BN 和 c-BN 超级电池中引入了各种掺杂元素，并且是第一个。使用原理 PAW 方法进行原子和电子结构的优化计算，利用获得的超级电池的总能量，确定杂质的电离能和形成能，并根据这些值将杂质转换为 p 型和 p 型。今年，我们的重点是在 h-BN 的层间插入掺杂剂，包括大尺寸错配的杂质。为了定量评价Li等碱金属元素的添加以及由此产生的缺陷的形成，我们使用了碱性氮化物和氧化物的高精度计算技术。将其应用于h-BN，结果发现各种碱金属元素的添加量和缺陷形成情况均不同。金属元素可以实现n型掺杂的低形成能和浅施主能级。另外，在p型掺杂的情况下，基于h-BN特有的电子结构的考虑，卤素的添加预计也能产生类似的效果，因此进行了系统的计算。结果发现结果发现，氟的添加形成了特别浅的受主能级。这些结果表明通过层间掺杂将h-BN转化为半导体的可能性。