New scheme for calculating the kinetic coefficients of wurtzite semiconductor based on ab initio approach:
The case of GaN
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0044472Ключові слова:
gallium nitride, kinetic coefficients, electron scattering, density functional theory, ab initio calculationsАнотація
У запропонованій статті вперше представлено новий ab initio метод визначення кінетичних характеристик напівпровідника зі структурою вюрциту, де, як приклад, розглядається нітрид галію. Явища переносу в напівпровіднику описуються на основі послідовно розроблених короткодіючих моделей взаємодії електрона з різними типами дефектів кристалічної ґратки зі структурою вюрциту. Ймовірності переходів при розсіюванні електронів на дефектах ґратки оцінювалися з використанням чисельно згенерованих власних функцій та самоузгодженого кристалічного потенціалу, отриманого в рамках теорії функціонала густини. Це дозволило виключити параметри підгонки для шести механізмів розсіювання електронів. Описано метод вибору псевдопотенціалів галію та азоту, який забезпечує краще узгодження теоретичних кіне тичних характеристик GaN з експериментальними даними в діапазоні температур 15–650 К. Встановлено, що моделі короткодіючого розсіювання краще узгоджуються з експериментом порівняно з моделями далекодіючого розсіювання.
Посилання
1. M. A. Khan, J. N. Kuznia, J. M. Van Hove, D. T. Olson, S. Krishnankutty, and L. M. Kolbas, “Growth of high optical and electrical quality GaN layers using low-pressure metalorganic chemical vapor deposition,” Appl. Phys. Lett. 58, 526 (1991). https://doi.org/10.1063/1.104575
2. S. Strite, H. Morkoc, “Gan, AlN, and InN: A review,” J. Vacuum Sci. Technol. B 10, 1237 (1992). https://doi.org/10.1116/1.585897
3. S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, “In situ monitoring and Hall measurements of GaN grown with GaN buffer layers,” J. Appl. Phys. 71, 5543 (1992). https://doi.org/10.1063/1.350529
4. W. Gotz, N. M. Johnson, C. Chen, H. Lin, C. Kuo, and W. Imler, “Activation energies of Si donors in GaN,” Appl. Phys. Lett. 68, 3144 (1996). https://doi.org/10.1063/1.115805
5. D. C. Look and J. R. Sizelove, “Dislocation scattering in GaN,” Phys. Rev. Lett. 82, 1237 (1999). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.1237
6. D. C. Look and J. R. Sizelove, “Predicted maximum mobility in bulk GaN,” Appl. Phys. Lett. 79, 1133 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1394954
7. S. Aydogu and O. Ozbas, “The investigation of mole fraction dependence of mobility for InxGa1–xN alloy,” Mater. Sci. Semicond. Process. 8, 536 (2005). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2004.12.004
8. D. C. Look, J. R. Sizelove, S. Keller, Y. F. Wu, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, “Accurate mobility and carrier concentration analysis for GaN,” Solid State Commun. 102, 297 (1997). https://doi.org/10.1016/S0038-1098(96)00784-3
9. V. W. L. Chin, T. L. Tansley, and T. Osotchan, “Electron mobilities in gallium, indium, and aluminum nitrides,” J. Appl. Phys. 75, 7365 (1994). https://doi.org/10.1063/1.356650
10. J. D. Albrecht, R. P. Wang, P. P. Ruden, M. Farahmand, and K. F. Brennan, “Electron transport characteristics of GaN for high temperature device modeling,” J. Appl. Phys. 83, 4777 (1998). https://doi.org/10.1063/1.367269
11. O. P. Malyk, “Charge carrier mobility in gallium nitride,” Diam. Relat. Mater. 23, 23 (2012). https://doi.org/10.1016/j.diamond.2011.12.018
12. O. P. Malyk, “Electron scattering on the short-range potential of the crystal lattice defects in ZnO,” Canadian J. Phys. 92, 1372 (2014). https://doi.org/10.1139/cjp-2013-0075
13. O. P. Malyk, “Charge carrier scattering on the short-range potential of the crystal lattice defects in ZnCdTe, ZnHgSe, and ZnHgTe,” Physica B 404, 5022 (2009). https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.08.216
14. O. P. Malyk, “The local inelastic electron–polar optical phonon interaction in mercury telluride,” Comput. Mater. Sci. 33, 153 (2005). https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2004.12.052
15. X. Gonze, F. Jollet, F. Abreu Araujo et al, “Recent developments in the ABINIT software package,” Comput. Phys. Commun. 205, 106 (2016). https://doi.org/10.1016/j.cpc.2016.04.003
16. O. P. Malyk, “Calculation of the electron wave function and crystal potential in a sphalerite semiconductor at a given temperature,” J. Nano- Electron. Phys. 14, 05007 (2022).https://doi.org/10.21272/jnep.14(5).05007
17. I. Vurgaftman, J. R. Meyer, and L. R. Ram-Mohan, “Band parameters for III–V compound semiconductors and their alloys,” J. Appl. Phys. 89, 5815 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1368156
18. O. P. Malyk, “Prediction of the kinetic properties of sphalerite CdSexTe1–x (0.1 ≤ x ≤ 0.5) solid solution: An ab initio approach,” J. Electron. Mater. 49, 3080 (2020). https://doi.org/10.1007/s11664-020-07982-6
19. C. de Boor, A Practical Guide to Splines (Springer-Verlag, New York, 1978).
20. P. Lawaetz, “Long-wavelength phonon scattering in nonpolar semiconductors,” Phys. Rev. 183, 730 (1969). https://doi.org/10.1103/PhysRev.183.730
21. J. M. Zhang, T. Ruf, M. Cardona, O. Ambacher, M. Stutzman, J. M. Wagner, and F. Bechstedt, “Raman spectra of isotopic GaN,” Phys. Rev. B 56, 14399 (1997). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.14399
22. R. F. S. Hearmon, “Equation for transforming elastic and piezoelectric constants of crystals,” Acta Crystallogr. 10, 121 (1957). https://doi.org/10.1107/S0365110X57000341
23. W. Voigt, Lehrbuch der Kristallphysik Teubner, Leipzig, 1910, reprinted (1928).
24. C. Erginsoy, “Neutral impurity scattering in semiconductors,” Phys. Rev. 79, 1013 (1950). https://doi.org/10.1103/PhysRev.79.1013
25. O. P. Malyk, “Nonelastic charge carrier scattering in mercury telluride,” J. Alloys Compd. 71, 146 (2004). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.07.033
26. R. Passler, “Parameter sets due to fittings of the temperature dependencies of fundamental bandgaps in semiconductors,” Phys. Status Solidi B 216, 975 (1999). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3951(199912)216:2<975::AID-PSSB975>3.0.CO;2-N
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
The case of GaN, Low Temp. Phys. 52, 946–954, (2026) [Fiz. Nyzk. Temp. 52, 1047–1055, (2026)] DOI: https://doi.org/10.1063/10.0044472.
