技术文章详细内容

闪锌矿GaN有望实现高空穴浓度

2021/2/11 21:55:56      材料来源:compoundsemiconductor

伊利诺伊大学团队揭示了闪锌矿三族氮化物研究的光明前景,特别是双极性器件的研究
 
在GaN材料中实现高n型和p型掺杂对于提高固态照明和射频/功率电子器件的效率和功率至关重要。GaN的掺杂性取决于掺杂物的组成,活化和自补偿,依赖于掺杂物与GaN之间的键合性质。
 
GaN有纤锌矿( wz - )和闪锌矿( zb - )相。由于wz-GaN的稳定性和目前的工业适应性,关于n型和p型掺杂的认识大多是在wz- GaN上发展起来的。
 
如今,wz-GaN的p型掺杂及其合金仍然具有挑战性,特别是对于达到高空穴浓度(>1019 cm-3)。限制p型掺杂的主要因素是普通受主的大激活能(例如Mg的活化能约为250 meV)。与施主的低激活能(<30 meV)相比,这种电子和空穴浓度的不对称性限制了GaN光电(如LED、激光二极管)和电子设备(如射频/功率晶体管)的性能。
 
Cam Bayram是创新型化合物半导体实验室(ICORLAB)的电气和计算机工程副教授,在他的带领下,伊利诺伊大学的研究人员利用第一性原理计算研究了Si、Ge、C、Be和Mg对wz-和zb- GaN的构成、激活和自补偿,并发表在Computational Materials Science 190 (2021) 110283期刊中。
 
实验结果表明,对称性不仅对激活能有影响,而且对形成能和自补偿效应也有影响。特别是Mg激活能降低至153meV时,振动分析表明Mg i补偿施主相比于wz - GaN更不容易在zb -中形成,因为zb - GaN中间隙位对称性越高,振动熵越小。作者估计在闪锌矿GaN中可以实现4倍以上的空穴浓度。这些结果为zb-Ⅲ-氮化物的研究,特别是双极器件的研究提供了光明的前景。
 
上图分别为wz-Ga N (左)和zb-Ga N (右)中MgGa(受主)和Mgi (双施主)的形成能,参考线突出显示了激活能( EA )。
 
参考文献:
 
'Mitigate Self-Compensation with High Crystal Symmetry: A First-Principles Study of Formation and Activation of Impurities in GaN' by Y.-C. Tsai and C. Bayram; Computational Materials Science 190 (2021) 110283.
 
 
 
声明:本篇文章属于原创,拒绝转载,如果需要转载,请联系我们,联系电话:0755-25988571。


上一篇:为下一代VR/AR铺平道路... 下一篇:钙钛矿的新可能