一些GaN缺陷的罪魁祸首可能是氮

随着硅基半导体达到其性能极限，氮化镓(GaN)正成为推动发光二极管(LED)技术，高频晶体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。

这种材料降解是由于位错 - 当原子在晶格结构中发生位移时。当多个位错同时从剪切力移动时，沿着晶格平面的键伸展并最终断裂。当原子重新排列以改变它们的键时，一些平面保持完整，而另一些则永久变形，只有一半平面到位。如果剪切力足够大，则位错将沿着材料的边缘结束。

在不同材料的衬底上分层GaN使得问题更加严重，因为晶格结构通常不对准。这就是为什么扩展我们对GaN缺陷如何在原子水平上形成的理解可以改善使用这种材料制造的器件的性能。

一组研究人员通过检查和确定GaN晶格的六种核心配置，朝着这一目标迈出了重要一步。他们在AIP出版社的应用物理杂志上发表了他们的研究结果。

“我们的目标是识别，加工和表征这些位错，以充分了解GaN中缺陷的影响，以便我们找到优化这种材料的具体方法，”塞萨洛尼基亚里士多德大学研究员，该作者的作者Joseph Kioseoglou说。纸。

还存在GaN的性质固有的问题，这些问题导致诸如GaN基LED的发光中的颜色偏移之类的不期望的效应。根据Kioseoglou的说法，这可能可以通过利用不同的增长方向来解决。

研究人员通过分子动力学和密度泛函理论模拟使用计算分析来确定GaN中沿<1-100>方向的a型基底边缘位错的结构和电子特性。沿着这个方向的位错在半极性生长方向上是常见的。

该研究基于三种具有不同核心配置的模型。第一个由Ga极性的三个氮(N)原子和一个镓(Ga)原子组成; 第二个有四个N原子和两个Ga原子; 第三个包含两个N原子和两个与Ga核相关的原子。对于每种构型，使用大约15,000个原子进行分子动力学计算。

研究人员发现，与Ga极性相比，N极性配置在带隙中表现出明显更多的状态，N极性配置呈现更小的带隙值。

“较小的带隙值与其内部的大量状态之间存在联系，”Kioseoglou说。“这些发现可能证明了氮作为GaN基器件中与位错相关影响的主要因素的作用。”