Розрахунки з перших принципів електронних властивостей гетероструктур на основі ZnO/GaN

Автори О.В. Бовгира1 , М.В. Коваленко1 , В.Є. Дзіковський1, А.П. Васьків2, М.Я. Шеремета3
Приналежність

1Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 8, 79005 Львів, Україна

2Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Драгоманова, 50, 79005 Львів, Україна

3Коледж телекомунікацій та комп'ютерних технологій Національного університету "Львівська політехніка", вул. Володимира Великого 12, 79053 Львів, Україна

Е-mail oleh.bovhyra@lnu.edu.ua
Випуск Том 12, Рік 2020, Номер 5
Дати Одержано 22 квітня 2020; у відредагованій формі 15 жовтня 2020; опубліковано online 25 жовтня 2020
Посилання О.В. Бовгира, М.В. Коваленко, В.Є. Дзіковський та ін., Ж. нано- електрон. фіз. 12, №5, 05003 (2020)
DOI https://doi.org/10.21272/jnep.12(5).05003
PACS Number(s) 31.15.es, 73.20.At, 73.21.Cd
Ключові слова Заборонена зона (10) , Гетероструктура (11) , Електронні властивості (6) , Теорія функціонала густини (2) , Розрив зони.
Анотація

Гетероструктури на основі ZnO/GaN є перспективними матеріалами для сонячних елементів, світлодіодів та фотокаталітичних пристроїв завдяки ширині забороненої зони базових сполук, з яких сформована гетероструктура, що відповідає довжині видимого світла, і привертають значну увагу дослідників протягом останніх десяти років. В цьому дослідженні ми представляємо результати розрахунків з перших принципів, в межах теорії функціонала густини, структурних та електронних властивостей об’ємних кристалів ZnO, GaN, а також гетероструктури на їхній основі. З метою точнішого опису електронних властивостей досліджуваних об’єктів використано наближення узагальненого градієнта з поправками Габбарда (GGA + U). Отримані результати розрахунків для об’ємних кристалів ZnO та GaN показують відмінне узгодження експериментальних даних з результатами наших теоретичних розрахунків щодо енергетичного положення основних смуг в кристалах, розміщення яких є визначальним для точного визначення усередненого електростатичного потенціалу. Розрахунки параметрів ґратки з використанням методу GGA + U показують відхилення від експериментальних даних в межах 0,5 %, що підтверджує надійність цього методу. Також слід відмітити не лише точність отриманих результатів, а й низьку ресурсозатратність цього методу в порівнянні з, наприклад, гібридними методами. Оптимізацію структури та електронні властивості гетероструктури ZnO/GaN розраховано тим самим методом, що й для об’ємних кристалів. На основі отриманої зонної діаграми гетеропереходу визначено відносні розриви електронних зон гетероструктури ZnO/GaN. Проведений аналіз отриманих результатів показує відмінне узгодження з даними експериментів і попередніх теоретичних розрахунків. Таким чином, ми отримали високоефективний метод розрахунку відносних розривів електронних зон гетероструктури ZnO/GaN, який дає високу точність при раціональній ресурсозатратності.

Перелік посилань