【摘 要】
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GaN凭借其优越的光电性能,已经成为最有前景的半导体材料之一,并且已经被广泛应用于各种器件中,如发光二极管、高迁移率场效应管、半导体激光器等。由于GaN材料本身对离子辐照不敏感,GaN基器件越来越多地被应用到航空航天和军事领域。太空中质子、伽玛射线等高能粒子会对GaN造成辐射损伤,高能粒子辐射可能引起形成能相对较高的缺陷对出现。我们研究了GaN晶体中可能存在的21个缺陷对,每个缺陷对考虑了6种不同
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GaN凭借其优越的光电性能,已经成为最有前景的半导体材料之一,并且已经被广泛应用于各种器件中,如发光二极管、高迁移率场效应管、半导体激光器等。由于GaN材料本身对离子辐照不敏感,GaN基器件越来越多地被应用到航空航天和军事领域。太空中质子、伽玛射线等高能粒子会对GaN造成辐射损伤,高能粒子辐射可能引起形成能相对较高的缺陷对出现。我们研究了GaN晶体中可能存在的21个缺陷对,每个缺陷对考虑了6种不同的结构构型,发现15个缺陷对在结构弛豫后仍是稳定的,因此一旦在高能粒子辐射期间形成,它们就可以存在于GaN晶格中。其中9个缺陷对在中性状态下的形成能低于10 eV,VN-VN在富Ga的p型GaN中形成能低至0 eV,因此这些缺陷对有较大概率存在于辐射损伤的GaN中。GaN中缺陷对的性质为辐照损伤机制的研究提供了微观依据,为辐照损伤的多尺度计算模拟提供了基本参数,丰富了人们对GaN晶格中缺陷对的认识。此外我们还研究了GaN中最有效的p型掺杂剂Mg和其与本征缺陷、H杂质形成的缺陷簇。表现为施主的本征缺陷和H杂质可以与MgGa形成施主-受主缺陷簇,改变费米能级位置从而限制了p型导电性。我们发现两个从未被报道过的三格点缺陷簇MgGa-MgGa-VN和MgGa-MgGa-HN,尤其在富Ga的n型GaN中具有较低的形成能,且MgGa-MgGa-VN会引起带隙中1.76 eV的能量跃迁,导致较宽的红色光致发光带。所以对GaN和相关半导体中的缺陷进行研究时,应考虑到我们提出的这类三格点缺陷簇。
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