Структура и оптические свойства нитридных полупроводников MgSiN2, MgGeN2, ZnSiN2, ZnGeN2
https://doi.org/10.29235/1561-2430-2022-58-4-424-430
Аннотация
Методом компьютерного моделирования в рамках приближений LDA, GGA и PBE определены электронные зонные структуры нитридных соединений MgSiN2, MgGeN2, ZnSiN2, ZnGeN2 и рассчитаны их оптические свойства. Установлено, что соединения с германием являются прямозонными полупроводниками с шириной запрещенной зоны 3,0 эВ (MgGeN2) и 1,7 эВ (ZnGeN2), тогда как соединения с кремнием оказываются непрямозонными с величиной энергетического зазора 4,6 эВ (MgSiN2) и 3,7 эВ (ZnSiN2). Анализ оптических свойств показал перспективы использования MgGeN2 и ZnGeN2 в оптоэлектронике.
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена в рамках задания Государственной программы научных исследований «Материаловедение, новые материалы и технологии». Авторы выражают признательность профессору В.Е. Борисенко за ценные советы и обсуждение полученных результатов.
Об авторах
А. В. Кривошеева
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
Беларусь
Кривошеева Анна Владимировна – доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник.
ул. П. Бровки, 6, 220013, Минск
В. Л. Шапошников
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
Беларусь
Шапошников Виктор Львович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник.
ул. П. Бровки, 6, 220013, Минск
Список литературы
1. Wide-Gap Chalcopyrites / eds.: S. Siebentritt, U. Rau. – Berlin; Heidelberg: Springer, 2006. – 260 p. https://doi.org/10.1007/b105644
2. Erwin, S. C. Tailoring ferromagnetic chalcopyrites / S. C. Erwin, I. Žutić // Nat. Mater. – 2004. – Vol. 3, № 6. – P. 410–414. https://doi.org/10.1038/nmat1127
3. Picozzi, S. Engineering ferromagnetism / S. Picozzi // Nat. Mater. – 2004. – Vol. 3, № 6. – P. 349–350. https://doi.org/10.1038/nmat1137
4. Room-Temperature Ferromagnetism in (Zn1–xMnx)GeP2 Semiconductors / S. Cho [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2002. – Vol. 88, № 25. – P. 257203 (1–4). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.257203
5. A new high-TC ferromagnet: Manganese-doped CdGeAs2 chalcopyrite / R. V. Demin [et al.] // Tech. Phys. Lett. – 2004. – Vol. 30, № 11. – P. 924–926. https://doi.org/10.1134/1.1829344
6. Eckerlin, P. Zur Kenntnis des Systems Be3N2 – Si3N4, IV. Die Kristallstruktur von BeSiN2 / P. Eckerlin // Z. Anorg. Allg. Chem. – 1967. – Vol. 353, № 5–6. – P. 225–235. https://doi.org/10.1002/zaac.19673530502
7. Wintenberger, M. Groupe spatial et ordre des atomes de zinc et de germanium dans ZnGeN2 / M. Wintenberger, M. Maunaye, Y. Laurent // Mater. Res. Bull. – 1973. – Vol. 8, № 9. – P. 1049–1053. https://doi.org/10.1016/0025-5408(73)90109-8
8. Cloitre, T. Epitaxial growth of ZnSiN2 single-crystalline films on sapphire substrates / T. Cloitre, A. Sere, R. L. Aulombard // Superlattices Microstruct. – 2004. – Vol. 36, № 4–6. – P. 377–383. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2004.09.056
9. Skachkov, D. Candidates for p-type doping of ZnGeN2 / D. Skachkov, W. R. L. Lambrecht // J. Appl. Phys. – 2020. – Vol. 127, № 7. – P. 075707 (1–9). https://doi.org/10.1063/1.5132338
10. Band gap and electronic structure of MgSiN2 determined using soft X-ray spectroscopy and density functional theory / T. de Boer [et al.] // Phys. Status Solidi (RRL). – 2015. – Vol. 9, № 4. – P. 250–254. https://doi.org/10.1002/pssr.201510043
11. Structure and lattice dynamics of the wide band gap semiconductors MgSiN2 and MgGeN2 / M. Råsander [et al.] // J. Appl. Phys. – 2017. – Vol. 122, № 8. – P. 085705 (1–9). https://doi.org/10.1063/1.4985775
12. High-pressure synthesis of new compounds, ZnSiN2 and ZnGeN2 with distorted wurtzite structure / T. Endo [et al.] // J. Mater. Sci. Lett. – 1992. – Vol. 11, № 7. – P. 424–426. https://doi.org/10.1007/BF00728730
13. Larson, W. L. Synthesis and properties of ZnGeN2 / W. L. Larson, H. P. Maruska, A. Stevenson // J. Electrochem. Soc. – 1974. – Vol. 121, № 12. – P. 1673–1674. https://doi.org/10.1149/1.2401769
14. Punya, A. Quasiparticle band structure of Zn-IV-N2 compounds / A. Punya, W. R. L. Lambrecht, M. van Schilfgaarde // Phys. Rev. B. – 2011. – Vol. 84, № 16. – P. 165204. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.165204
15. Lambrecht, W. R. L. Structure and phonons of ZnGeN2 / W. R. L. Lambrecht, E. Alldredge, K. Kim // Phys. Rev. B. – 2005. – Vol. 72, № 15. – P. 155202 (1–6). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.155202
16. Limpijumnong, S. Electronic structure and optical properties of ZnGeN2 / S. Limpijumnong, S. N. Rashkeev, W. R. L. Lambrecht // MRS Proc. – 1998. – Vol. 537. – P. G6.11 (1–6). https://doi.org/10.1557/PROC-537-G6.11
17. Maunaye, M. Preparation et proprietes de ZnGeN2 / M. Maunaye, J. Lang // Mater. Res. Bull. – 1970. – Vol. 5, № 9. – P. 793–796. https://doi.org/10.1016/0025-5408(70)90029-2
18. Epitaxial growth and structural characterization of single crystalline ZnGeN2 / L. D. Zhu [et al.] // MRS Proc. – 1998. – Vol. 537. – P. G3.8. https://doi.org/10.1557/PROC-537-G3.8
19. Structural, electronic and optical properties of II-IV-N2 compounds (II = Be, Zn; IV = Si, Ge) / V. L. Shaposhnikov [et al.] // Phys. Status Solidi B. – 2008. – Vol. 245, № 1. – P. 142–148. https://doi.org/10.1002/pssb.200743400
20. Kresse, G. Efficient interactive schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set / G. Kresse, J. Furthmüller // Phys. Rev. B. – 1996. – Vol. 54, № 16. – P. 11169–11186. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169
21. Ceperly, D. M. Ground state of the electron gas by a stochastic method / D. M. Ceperly, B. J. Alder // Phys. Rev. Lett. – 1980. – Vol. 45, №. 7. – P. 566–569. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.45.566
22. Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation / J. P. Perdew [et al.] // Phys. Rev. B. – 1992. – Vol. 46, № 11. – P. 6671–6687. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.6671
23. Perdew, J. P. Generalized gradient approximation made simple / J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof // Phys. Rev. Lett. – 1996. – Vol. 77, № 18. – P. 3865–3868. https://doi.org/10.1103/physrevlett.77.3865
24. WIEN2k, An Augmented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties / P. Blaha [et al.]. – Vienna: Vienna University of Technology, 2018.
Рецензия
Просмотров: 369
Послать статью по эл. почте 