密度泛函理论研究ZnGeP2晶体中缺陷的稳定性及迁移机制

摘要：

ZnGeP2晶体是3-5 μm中红外激光输出的最好频率转换材料,可实现激光器的全固态化和大功率输出.但在8-12 μm处由于本证缺陷导致的吸收带与光参量振荡器的抽运波长交叠,限制了光参量振荡器的应用性能,使其无法实现远红外激光输出.本论文采用密度泛函理论讨论了 ZnGeP2晶体6种缺陷结构的形成能与缺陷迁移机制.结果表明VP和VGe两种缺陷结构较难形成,VZn-,ZnGe,GeZn+和GeZn+VZn四种缺陷容易形成.当Ge原子微富余Zn原子,温度为10 K,500 K和600 K时,VZn-形成能小于GeZn+,当温度为273 K和400 K时,GeZn+形成能小于VZn-.晶体的体积膨胀率与缺陷形成能的关系为负相关,即晶体体积膨胀率越大,缺陷形成能越低.差分电荷密度分析显示GeZn和VZn+GeZn两种缺陷结构中原子间电子云密度增强,空位缺陷(VZn和VGe)与反位缺陷(GeZn和ZnGe)结合形成联合缺陷后,空位缺陷格点处电子云密度增强.当温度为10 K时,ZnGeP2晶体的吸收光谱显示VGe,VZn,ZnGe和GeZn四种缺陷结构在0.6-2.5 μm有较明显吸收.VZn的迁移能最低,VGe迁移能最高.VP在迁移过程中迁移能与空间位阻有关,而VGe和VZn的迁移能与原子间距离有关.

关键词：缺陷结构、光学性能、ZnGeP2、中远红外晶体

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分类号：O437.4;O641;TN248.1

资助基金：国家自然科学基金;黑龙江省科学基金项目;黑龙江省科学基金项目;黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目;中央支持地方高校改革发展资金人才培养项目;黑龙江省重点研发计划指导类项目;资助的课题

在线出版日期：2023-02-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：249-258