量子応用に役立つ半導体の開発を加速させる計算モデル(Computational Model Could Speed Development of Semiconductors Useful in Quantum Applications)

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2022-09-01 ノースカロライナ州立大学(NCState)

ノースカロライナ州立大学の研究者らは、半導体材料であるセレン化亜鉛(ZnSe)にハロゲン元素を添加すると光学特性がどのように変化するかを計算機解析で予測し、その予測が実験結果によって確認されたことを明らかにしました。この方法は、量子応用に役立つ材料の特定と創製を加速する可能性がある。
原理実証研究において、ZnSeドーパントとしてハロゲン元素の塩素とフッ素を使用した場合の結果を計算機解析で予測した。ハロゲン元素をドープしたZnSeは広く研究されているが、その根底にある欠陥化学的性質は十分に確立されていないため、これらの元素を選択したのである。
このモデルでは、欠陥部位における塩素とフッ素の可能なすべての組み合わせを解析し、ドープされたZnSeの電子・光学特性、イオン化エネルギー、発光などの結果を正しく予測することができた。

<関連情報>

ZnSeにおけるハロゲンドーパントの欠陥化学の研究 Defect Chemistry of Halogen Dopants in ZnSe

Yifeng Wu, Kelsey J. Mirrielees, and Douglas L. Irving
Journal of Physical Chemistry Letters  Published:September 1, 2022
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c01976

Abstract

Halogen dopants in ZnSe have been a research focus for quantum applications utilizing excitonic emissions, wherein point defects play a critical role. To provide a full first-principles perspective on the defect chemistries of halogen-doped ZnSe, Cl- and F-doped ZnSe were explored via hybrid functional density functional theory calculations involving all possible isolated defects and defect–defect complexes. Cl and F both exhibit more complicated defect chemistries than just forming a shallow substitutional donor on the Se site. For Cl, the complex of Cl substituting for Se with a neighboring Zn vacancy was also found to be prevalent. For F, its interstitial in the Zn tetrahedron was found to be stable in addition to the complex of such interstitial with an adjacent F atom substituting for Se. The explicitly simulated emission photoluminescence lineshapes of the self-activated centers exhibited both a peak value and a broad line width consistent with the experiment.

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