ZnGeN$_2$ 中的本征间隙缺陷

本文提出了对 ZnGeN$_2$ 中间隙 Zn$_i$、Ge$_i$ 和 N$_i$ 的密度泛函研究。通过 LDA+U 方法引入了对带隙的修正。研究发现，与两类四面体间隙位置相比，Zn 和 Ge 间隙原子均强烈倾向于更大的八面体间隙位置。Zn 间隙原子是一个浅双施主，但其能量高于先前研究过的反位缺陷。它在导带中有一个类似于 Zn-$s$ 的共振态。Ge 间隙原子的形成能更高，同样表现为浅双施主，但在带隙中还存在一个深能级，对应于 Ge-$s$ 轨道特征，而 Ge-$p$ 在导带中形成共振态。N 间隙原子形成分裂间隙构型，这也出现在 GaN 中。其电子能级可与 N$_2$ 分子的能级相关联。带隙中的缺陷能级对应于该分子的类 $\pi_g$ 最低未占分子轨道（LUMO），在缺陷的中性电荷态下该轨道被 3 个电子填充。研究发现，它们在 $q=+1$ 态下倾向于高自旋构型。获得了相应的跃迁能级，表明这是一个出现在 $+2$、$+1$、0 和 $-1$ 电荷态中的两性陷阱能级。这种分裂间隙的两种可能位置（位于 Zn 顶部或 Ge 顶部）在 N$_2$ 键长上略有差异。尽管 N$_i$ 缺陷在间隙缺陷中形成能最低，但仍高于反位缺陷的形成能。因此，预计它们不会以足以影响本征 Fermi 能级位置的浓度出现。具体而言，它们不会对非故意 n 型背景掺杂产生贡献。