Winowajcą niektórych defektów GaN może być azot

Anonim

Półprzewodniki oparte na krzemie osiągają granice wydajności, azotek galu (GaN) staje się następnym materiałem do dalszego rozwoju technologii LED, tranzystorów wysokiej częstotliwości i urządzeń fotowoltaicznych. Trzymanie GaN z powrotem jest jednak jego dużą liczbą defektów.

Ta materialna degradacja wynika z dyslokacji - kiedy atomy zostają przemieszczone w strukturze sieci krystalicznej. Kiedy wiele dyslokacji jednocześnie przemieszcza się z siły ścinającej, wiązania wzdłuż płaszczyzn kraty rozciągają się i ostatecznie pękają. Gdy atomy przestawiają się, aby zreformować wiązania, niektóre samoloty pozostają nienaruszone, podczas gdy inne zostają trwale zdeformowane, mając tylko połowę płaszczyzn. Jeśli siła ścinająca jest wystarczająco duża, przemieszczenie zakończy się wzdłuż krawędzi materiału.

Warstwowanie GaN na podłożach z różnych materiałów sprawia, że ​​problem jest znacznie gorszy, ponieważ struktury kratowe zwykle nie wyrównują się. Dlatego poszerzenie naszej wiedzy na temat powstawania defektów GaN na poziomie atomowym może poprawić wydajność urządzeń wykonanych z tego materiału.

Zespół badaczy podjął znaczący krok w tym kierunku, badając i określając sześć podstawowych konfiguracji sieci GaN. Przedstawili swoje odkrycia w Journal of Applied Physics.

"Celem jest zidentyfikowanie, przetworzenie i scharakteryzowanie tych dyslokacji w celu pełnego zrozumienia wpływu defektów w GaN, abyśmy mogli znaleźć konkretne sposoby optymalizacji tego materiału" - powiedział Joseph Kioseoglou, naukowiec z Arystoteles University of Thessaloniki i autor papier.

Istnieją również problemy, które są nierozerwalnie związane z właściwościami GaN, które powodują niepożądane efekty, takie jak zmiany koloru w emisji diod LED opartych na GaN. Według Kioseoglou można to potencjalnie rozwiązać poprzez wykorzystanie różnych orientacji rozwojowych.

Naukowcy wykorzystali analizę obliczeniową za pomocą symulacji dynamiki molekularnej i teorii funkcjonalnej gęstości, aby określić strukturalne i elektroniczne właściwości podstawowych przesunięć krawędzi typu A wzdłuż kierunku w GaN. Dyslokacje wzdłuż tego kierunku są powszechne w semipolarnych orientacjach wzrostu.

Badanie zostało oparte na trzech modelach z różnymi konfiguracjami rdzeni. Pierwszy składał się z trzech atomów azotu (N) i jednego galu (Ga) dla polaryzacji Ga; drugi miał cztery N atomów i dwa atomy Ga; trzecia zawierała dwa atomy N i dwa atomy związane z rdzeniem Ga. Obliczenia dynamiczne molekularne przeprowadzono przy użyciu około 15 000 atomów dla każdej konfiguracji.

Naukowcy odkryli, że konfiguracje biegunowości N wykazują znacznie więcej stanów w zakresie pasma zabronionego w porównaniu z polaryzacją Ga, z konfiguracjami N polarnymi, przedstawiającymi mniejsze wartości pasma dopasowania.

"Istnieje związek między mniejszymi wartościami pasma bandgap a dużą liczbą stanów w nich", powiedział Kioseoglou. "Wyniki te potencjalnie pokazują rolę azotu jako głównego czynnika wpływającego na dyslokację w urządzeniach opartych na GaN."

menu
menu