编辑: 会说话的鱼 2019-07-02

2 2.

8 Si3N4 ON 1.

8 2.

3 Ga2O3 CGa 6.

5 5.

4 C 计算结果(见表 1) 显示 SiGa和ON的形成能远小于 CGa的形成能.所以在刚生长的 GaN 中,SiGa和ON 都是极可能的简单施主.从实验的角度 , Si 是一种常见的非特意性杂 质.不仅因为 Si 易污染生长原料 ,而且从反应室的石英玻璃壁中也易在高温生长过程中 释放出 Si . 压力拉曼(Raman) 实验显示[23 ] , 在高的静态压力下 ,GaN 中的 O 和Si 施主表现出很 大的差异.在0~25 Gpa 范围 ,Si 一直表现出类氢施主的稳定性 , 而在 p >

22 Gpa 时O以一种深能隙态被强烈地局域化 ― ― ― 在其它 Ⅲ Ο V 族半导体中 ,O 也具有类似的 DX 型施 主的性质(DX 是英文 Deep X 的缩写 ,它通常是一种 U 型的深能级) .在常见的三元化合 物Al x Ga1 - x N 中 ,对于 x 的一个很大的取值范围 ,Si 也表现出是一种很稳定的类氢施主. 而O仅仅是当 x 值很小时表现为浅施主.当x>

0.

40 时O将在 Al x Ga1 - x N 中变为强局

3 1 期 许小亮等 : GaN 中的缺陷与杂质 域化的深能隙态.在一个大气压下 ,O 在GaN 中的掺杂可以导致非常高的 n 型电导.在 各种不同的生长技术下生长的 GaN 薄膜都避免不了 O 的参与 ― ― ― 因而它应该是 GaN 或GaN 基n型电导的主要来源之一. 1.

3 镓空位( V Ga) 以及 V Ga与施主原子组成的复合体 近来在研究 V Ga与施主 O 和Si 的关系时 , 发现它们常常相互结合而形成 V GaΟ ON 和VGaΟ SiGa复合体[24 ] .图2显示了 V Ga和VGaΟ ON 复合体的原子尺度的结构. 图2(a) Ga 空位和(b) V GaΟ ON 复合体的原子形貌.它们在所有缺陷 能级都被占满的情况下分别处于 3Ο(对Ga 空位) 和2Ο(对于 V GaΟ ON) 电荷态.图中的百分比数字表明了键长的增长 在n型GaN 中VGa是处于 3Ο 电荷态 ,向2Ο 电荷态的跃迁能级为 E 2Ο / 3Ο = 1.

1 eV (此为 相对于价带顶的能量) .因而 V Ga是一种深受主. V GaΟ SiGa和VGaΟ ON 有着非常相近的电学结构 :它们都是二重受主 (即一个三价受主 与一个单价施主的结合) ,处于 2Ο 电荷态.向1Ο 电荷态的跃迁能级 E1Ο / 2Ο 分别为0.

9 eV (对VGaΟ SiGa) 和1.

1 eV (对VGaΟ ON) .如表

2 所示 ,这些能级都很接近于 V Ga的E2Ο / 3Ο 能级. 表2VGa 、 V GaΟ SiGa和VGaΟ ON 的跃迁能 E nΟ 1/ n 和束缚能 Ebind .能量单位为 eV (相对于价带顶) V Ga V GaΟ SiGa V GaΟ ON E 2Ο / 3Ο 1.

1 E 1Ο / 2Ο 0.

9 1.

1 Ebind 0.

23 1.

8 对于 V GaΟ SiGa复合体 ,它的形成能仅为 0.

23 eV (正的形成能表明复合体的形成是一 个放热过程) ,远远小于 V GaΟ ON 的1.

8 eV , 这表明 V GaΟ ON 比VGaΟ SiGa稳定得多 ,从电学 稳定角度上来理解 ,在VGaΟ ON 复合体中的 V Ga和ON 是最近的相邻缺陷 ,而在 V GaΟ SiGa 复合体中的 V Ga和SiGa是第二近邻. 温度 T 下的缺陷浓度为 :

4 物理学进展21 卷C=Nsitesexp ( E f / k T) 其中 N sites是可以产生缺陷的总位置数 , E f 是缺陷形成能 , k 为玻尔兹曼常数. 图3(a) 不同费米能级位置 (相对于价带底) 下的 V Ga ,ON ,SiGa 和VGaΟ ON 的形成能 ;

(b) 相应的热平衡浓度 图3(a) 表示 SiGa和ON 施主以及 V GaΟ ON的形成能随不同费米能级的变化 (负形成能 表明只会分解而不能产生) ,图3(b) 则是它们在不同温度下的平衡浓度 ( V GaΟ SiGa由于浓 度较低而未列出) . 当费米能级位置升高时 , V Ga和VGaΟ ON 的形成能迅速地降低 ,这也说明费米能级越 接近于导带 , V Ga和VGa Ο 复合体的浓度就越高 ;

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