Нитрид галлия – перспективный материал полупроводников

Нитрид галлия – перспективный материал полупроводников

Поскольку полупроводники на основе кремния достигают своих пределов производительности, нитрид галлия (GaN) видится следующим перспективным материалом. На основе нитрида галлия обещается новое производство светодиодов, высокочастотных транзисторов и прочих фотоэлектрических устройств. Однако применение GaN связано и с достаточно большим количеством дефектов.

О свойствах перспективного материала

Разрушение материала в первую очередь связано с дислокациями – эффектом, когда атомы смещаются в структуре кристаллической решетки. При одновременном перемещении нескольких дислокаций от силы сдвига связи вдоль плоскостей, решетка растягивается и в конечном итоге разрушается.

Учитывая, что атомы перестраиваются, чтобы реформировать связи, некоторые плоскости остаются нетронутыми, а другие становятся постоянно деформированными практически наполовину. Если сдвиговое усилие достаточно велико, дислокация располагается вдоль края материала.

Укладка нитрида галлия на подложках из разных материалов только усугубляет проблему, потому что структуры решетки обычно не выравниваются.

Вот почему расширение понимания того, как образуются дефекты нитрида галлия на атомном уровне, способствует улучшению производительности устройств, изготовленных на основе этого материала.

Группа исследователей Университета Аристотеля в Салониках сделала значительный шаг к достижению этой цели, исследуя и определяя шесть основных конфигураций решетки нитрида галлия.

Специалисты представили результаты своей работы для публикации на страницах журнала прикладной физики «AIP Publishing».

Существуют также проблемы, присущие свойствам нитрида галлия, которые приводят к нежелательным эффектам, таким как цветовые сдвиги при излучении светодиодов, созданных на базе GaN. По словам исследователей, это потенциально можно было бы устранить, используя разные ориентиры роста.

Научные сотрудники использовали вычислительный анализ молекулярной динамики и моделирования функциональной теории плотности.

С помощью этой методики определили структурные и электронные свойства дислокаций базальных краев a-типа вдоль направления <1-100> в GaN. Дислокации в этом направлении распространены в ориентациях полуполярного роста.

Исследование основывалось на трех моделях с различными конфигурациями ядра:

  1. Три атома азота (N) и один атом галлия (Ga) для полярности Ga;
  2. Четыре атома N и два атома Ga;
  3. Два атома N и два атома, связанные с ядром.

Молекулярно-динамические расчеты проводились с использованием приблизительно 15 000 атомов для каждой конфигурации.

Результаты исследований нитрида галлия

В результате удалось обнаружить, что конфигурации N полярностей показали значительно большее количество состояний в запрещенной зоне по сравнению с конфигурациями полярности Ga. Причём N полярные конфигурации имеют меньшие значения запрещенной зоны.

Таким образом, существует связь между меньшими значениями запрещенной зоны и большим количеством состояний внутри этой зоны. Такие данные потенциально демонстрируют роль азота как основного фактора, влияющего на дислокационные эффекты устройств, созданных на основе GaN.


При помощи материалов AIP