一些GaN缺陷的罪魁禍首可能是氮

隨著硅基半導體達到其性能極限，氮化鎵(GaN)正成為推動發光二極管(LED)技術，高頻晶體管和光伏器件的下一代材料。然而，保持GaN背面是其大量缺陷。

這種材料降解是由于位錯 - 當原子在晶格結構中發生位移時。當多個位錯同時從剪切力移動時，沿著晶格平面的鍵伸展并最終斷裂。當原子重新排列以改變它們的鍵時，一些平面保持完整，而另一些則永久變形，只有一半平面到位。如果剪切力足夠大，則位錯將沿著材料的邊緣結束。

在不同材料的襯底上分層GaN使得問題更加嚴重，因為晶格結構通常不對準。這就是為什么擴展我們對GaN缺陷如何在原子水平上形成的理解可以改善使用這種材料制造的器件的性能。

一組研究人員通過檢查和確定GaN晶格的六種核心配置，朝著這一目標邁出了重要一步。他們在AIP出版社的應用物理雜志上發表了他們的研究結果。

“我們的目標是識別，加工和表征這些位錯，以充分了解GaN中缺陷的影響，以便我們找到優化這種材料的具體方法，”塞薩洛尼基亞里士多德大學研究員，該作者的作者Joseph Kioseoglou說。紙。

還存在GaN的性質固有的問題，這些問題導致諸如GaN基LED的發光中的顏色偏移之類的不期望的效應。根據Kioseoglou的說法，這可能可以通過利用不同的增長方向來解決。

研究人員通過分子動力學和密度泛函理論模擬使用計算分析來確定GaN中沿<1-100>方向的a型基底邊緣位錯的結構和電子特性。沿著這個方向的位錯在半極性生長方向上是常見的。

該研究基于三種具有不同核心配置的模型。第一個由Ga極性的三個氮(N)原子和一個鎵(Ga)原子組成; 第二個有四個N原子和兩個Ga原子; 第三個包含兩個N原子和兩個與Ga核相關的原子。對于每種構型，使用大約15,000個原子進行分子動力學計算。

研究人員發現，與Ga極性相比，N極性配置在帶隙中表現出明顯更多的狀態，N極性配置呈現更小的帶隙值。

“較小的帶隙值與其內部的大量狀態之間存在聯系，”Kioseoglou說。“這些發現可能證明了氮作為GaN基器件中與位錯相關影響的主要因素的作用。”