PDF《GaN 中的缺陷与杂质》

而当费米能级远离导带时 , V Ga和VGa Ο 复 合体浓度变得很低 ― ― ― 这就是 2.

2 eV 黄色荧光只能在 n 型GaN 中观测得到的原 因[20 ,25 ] . 图4GaN 中氢化的氮空位的形成能随费米 能级位置 (能量相对于价带顶) 的变 化[26 ] ,为了完整地说明问题 ,也将 H+ 和Mg 受主的形成能包含图中[28 ] 1.

4 GaN 中的氢复合体 氢也强烈地影响 GaN 的性质.诸如 MOCVD (金属有机物化学气相沉集) 或HVPE (氢化气相外延) 等生长技术在生长材料时带来了大量的氢.在p型材料中 ,H 是一种施 主并且与受主形成复合体 ,因此为了激活受主 ,常常在材料生长完毕之后进行退火处理 , 以去掉材料中的 H[9 ,26 ] .H 也能够同材料中的其它杂质和缺陷相互反应.至今的研究集 中在 H 与天然点缺陷的相互反应上.至于 GaN 中的间隙位 H ,由于形成能很大而不大可能产 生[27 ] .因此主要是研究 H 与空位的相互反应. H 是两性元素 ,与空位的相互反应常被描 述为 可依次和所有的悬键相结合.Van de Walle 发现[15 ] 这种描述不适用于氮空位的情形. V N 在GaN 中被 Ga 原子包围 ,从VN的中心到 达Ga 原子有 1.

95 ! 的距离 ,而GaΟH 键长为 1.

60 ! [28 ] ,这样就不充许有一个以上的 H 填充 入VN,Ga 的相邻 V N 中的悬挂键因此强烈地氢 化(hydridize) ,所以一个 H 原子只能座落在 V N 的中央 ,它不与任何相邻的 Ga 键连 ,而只与 Ga 原子之间保留一个非常浅的势阱.而对于镓空

5 1 期 许小亮等 : GaN 中的缺陷与杂质 位VGa ,可以容纳

1 至4个H+ ,HΟ N 键长为1.

02 ! [15 ] .V GaΟ Hn ( n = 1~4) 复合体的能级 随着 n 的取值增加而从禁带向价带中移动. 图5GaN 中氢化的镓空位的形成能随费米 能级位置 (能量相对于价带顶) 的变 化[26 ] .为了完整地说明问题 ,也将 H + , HΟ和Si 施主的形成能包含在其 中[28 ] 一种复合体的能量性质可由它的形成能 , 束缚能以及离化能来描述.在p型GaN 中,VGaΟ H2Ο 是一种氢化复合体 ,由图

4 可看出 ,尽管 它的形成能很低 ,但仍然是不易生成的.当费 米能级低于价带顶以上 0.

6 eV 时 ,就变为负值 ― ― ― 这是因为在 p 型GaN 中,H和VN都是正 电荷态 ,它们相互排斥. 在n型GaN 中,VGaΟ Hn ( n = 1~4 ) 是主要 的H复合体.图5是这些 H 复合体的形成能随 费米级位置而变化的曲线.同其它相比 ,VGaΟ H4 在n型GaN 中有着大得多的形成能 ,因而也 就很难产生. 表3列出了 GaN 中VGa和VGaΟ Hn ( n = 1~ 4) 复合体的能级 ,所有的能量都是相对于价带 顶而言的.负能量表示能级位于价带顶之下.从表中可以发现 , V Ga 3Ο , V Ga H2Ο 以及 VGa H2Ο 都可作为黄色荧光的来源. 表3GaN 中VGa和VGa - Hn ( n = 1~4) 复合体的能级 ,能量以 eV 为单位(

3 ) V Ga 3Ο V Ga H2Ο V Ga H2Ο V Ga H3

0 V Ga H4 + 1.

1 1.

0 , 0.

1 0.

85 , 0.

2 , - 0.

55 0.

14 , - 0.

72 - 0.

85 (

3 ) 数据来自于资料[15 ]以及其中的参考资料 尽管用红外谱方法还没有直接地在刚生成的 GaN 中发现 V GaΟ Hn 复合体 ,但已在经 γ射线辐照的 GaN[29 ] 以及 H + 离子注入的 GaN[30 ] 中发现了 V GaΟ Hn 结构 ,这可能因为射 线辐照或离子注入产生的 V GaΟ Hn 具有红外活性[30 ] .表4列出了实验测量(exp. ) 得到 H + 或氘注入 GaN 的一些振动带频率.其结果同理论计算 (theo. ) 的VGa Ο H2Ο 频率

3100 cm -