Electronic properties of the superlattice based on armchair ZnO/GaN nanoribbons

Nguyen Thanh Tien * , Huynh Thi My Duyen , Lai Thi Hong Yen and Vo Khuong DieN

* Corresponding author (nttien@ctu.edu.vn)

Article Sidebar

Full Text: PDF

Received: 19 Apr 2017
Revised: 15 Jun 2017
Accepted: 30 Oct 2017
Published: 30 Oct 2017
Title: Electronic properties of the superlattice based on armchair ZnO/GaN nanoribbons
DOI: 10.22144/ctu.jvn.2017.106
Views
50
Downloads
28
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC
How to Cite
Tiên, N. T., Duyên, H. T. M., Yến, L. T. H., & ĐiềN V. K. (2017). Electronic properties of the superlattice based on armchair ZnO/GaN nanoribbons. CTU Journal of Science, (52), 22-28. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2017.106
Issue
No. 52 (2017)
Section
Natural Sciences

Abstract

ZnO and GaN are the typical semiconductor materials. These materials were used in application for optoelectronic devices. Both ZnO and GaN have crystal structure wurtzite-like and they have many similar physical properties. Therefore, their combination into superlattice is expected to create a new material system with new physical properties. In this study, we investigate the electronic properties of the superlattice based on ZnO/GaN armchair nanoribbons by the density functional theory (DFT) method. We have used the PBE functional for GGA and a plane-wave basis set with the projector augmented wave method as implemented in the Vienna ab initio simulation package (VASP). In results, it is shown that the electronic structures of some crystal structures exist the strong quantum confinement effect.
Keywords: Band structure, density functional theory, density of state, quantum confinement effect, nanoribbons, superlattice

Tóm tắt

ZnO và GaN là những vật liệu bán dẫn tiêu biểu và được ứng dụng nhiều trong các thiết bị quang điện tử. ZnO và GaN có cùng cấu trúc tinh thể wurtzite và có nhiều tính chất vật lý tương tự nhau. Do đó, khi kết hợp hai vật liệu này thành cấu trúc siêu mạng tạo ra một hệ vật liệu hứa hẹn có nhiều tính chất vật lý mới. Nghiên cứu này nghiên cứu tính chất điện tử của siêu mạng dựa trên ZnO/GaN biên armchair bằng phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) phân cực spin. Gần đúng gradient suy rộng (GGA) cho thế tương quan trao đổi với phiếm hàm Perdew-Burke-Ernzernhof (PBE) và một tập cơ sở sóng phẳng đã được thiết lập trong VASP. Kết quả nghiên cứu thể hiện rằng cấu trúc điện tử của một số cấu trúc tinh thể nghiên cứu có tồn tại hiệu ứng giam cầm lượng tử mạnh.
Từ khóa: Cấu trúc vùng, lý thuyết phiếm hàm mật độ, mật độ trạng thái, giam cầm lượng tử, dãy nano, siêu mạng

Article Details

References

Alivov, Y. I., Van-Nostrand, J. E., Look, D. C. and Ataev, B. M., 2003. Observation of 430 nm electroluminescence from ZnO/GaN heterojunction light-emitting diodes. Application Physics Letter, 83(14): 2943-2945.

Djurisic, A. B., Chen, X., Leung, Y. H. and Ching, A. M., 2012. ZnO nanostructures: growth, properties and applications. Journal of Materials Chemistry, 22(14): 6526-6535.

Jones, R. O. and Gunnarsson, O., 1989. The density functional formalism, its applications and prospects. Reviews of Modern Physics. 61: 689-746.

Hafner, J., 2008. Ab-Initio Simulations of Materials Using VASP: Density-Functional Theory and Beyond. Journal of Computational Chemistry, 29: 2044-2078.

Hafner, J., Wolverton, J. and Ceder, G., 2006. Toward Computational Materials Design: The Impact of Density Functional Theory on Materials Research. MRS Bulletin. 31: 659-665.

Harima, H., 2002. Properties of GaN and related compounds studied by means of Raman scattering. Journal Physics Condensed Matter, 14: 967–993

Huda, M. N., Yan, Y., Wei, S. H. and Al-Jassim, M. M., 2008. Electronic structure of ZnO/GaN compounds: Asymmetric bandgap engineering. Physics Review B, 78(4): 195204.

Kohn, W. and Sham, L. J., 1965. Self – consistent equations concluding exchange and correlation effects. Physical Review. 140: 1140-1154.

Maeda, K., Takata, T., Hara, M., Saito, N., Inoue, Y. and Kobayashi, H., 2005. GaN:ZnO Solid Solution as a Photocatalyst for Visible-Light-Driven Overall Water Splitting. American Chemical Society. 127: 8286-8287.

Pan, H. and Zhang, Y. W., 2012. GaN/ZnO superlattice nanowires as photocatalyst for hydrogen generation: A first-principles study on electronic and magnetic properties. Elsevier. 1: 488-493.

Perdew, J. P., Burke, K., and Ernzerhof, M., 1996. Generalized Gradient Approximation made simple. Physical Review Letters. 77: 18-28.

Perdew, J. P., Kurth, S., Zupan, A. and Blaha, P., 1999. Accurate Density Functional with Correct Formal Properties: A Step Beyoned the Generalized Gradient Approximation. Physical Review Letters. 82(12): 2544-2547.

Perdew, J. P., Ruzsinszky, A., Tao, J., Staroverov. and Scuseria, G. E., 2005. Prescription for the design and selection of density functional approximations: More constraint satisfaction with fewer fits. Journal Chemical Physics, 123(9): 062201.

Sahin, H., Cahangirov., Topsakal, M., Bekaroglu, E., Akturk, E., Senger, R. T. and Ciraci, S., 2009. Monolayer honeycomb structures of group IV elements and III-V binary compounds. Physics Review B. 80: 155853-155864.

Slater, J. C., 1950. A simplification of the Hartree-Fock Method. Physical Review. 81: 385-390.

Yu, Q., Xu, B., Wu, Q. H., Liao, Y., Wang, G. Z., Fang, R. C., Lee. H. Y. and Lee, C. T., 2003. Optical properties of ZnO/GaN heterostructure and its near-ultraviolet light-emitting diode. Application Physics Letter. 83: 4713-4715.

Vispute, R. D., Talyansky, V., Choopun, S., Sharma, R. P., Venkatesan, T., He, M., Tang, X., Halpem, J. B., Spencer, M. J., Li, Y. X., Salamanca-Riba., IIiadis. and Jones, K. A., 1998. Heteroepitaxy of ZnO on GaN and its implications for fabrication of hybrid optoelectronic devices. Application Physics Letter. 73: 348-350.