بررسی قطبش ماکروسکوپیک در نیمه‌هادی‌های آلومینیم نیترید،گالیم نیترید و آلومینیم گالیم نیترید و تأثیر میزان غلظت آلومینیم بر گاف نواری و قطبش ماکروسکوپیک در نیمه‌هادی آلومینیم گالیم نیترید

هاشمی‌زاده عقدا, سید علی; شعبانی, طاهر; یزدانی, احمد

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، فیزیک، دانشگاه پیام نور

² کارشناسی ارشد، فیزیک، دانشگاه پیام نور

³ دانشیار، فیزیک، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در این مقاله ساختار الکترونی -کریستالی ترکیب‌های نیمه‌هادی گالیم نیترید، آلومینیوم نیترید و آلومینیوم گالیم نیترید که قطبش‌پذیری خودبه‌خودی در راستای محور 0001 دارند و از خصلت پیزوالکتریکی خوبی برخوردار هستند، مورد مطالعه قرار گرفتند. بررسی پارامترهای ساختاری، گاف نواری، عامل قطبش‌پذیری و شدت آن برای نیمه‌هادی‌های دوگانه آلومینیوم نیترید، گالیم نیترید و تأثیر متقابل آنها در جایگزینی گالیم با آلومینیوم در نیمه‌هادی سه‌گانه آلومینیوم گالیم نیترید از طریق نظریة تابعی چگالی در به‌کارگیری نرم‌افزار Win2k و با رویکرد فاز بری انجام پذیرفت. نتایج حاصل از محاسبات نشان‌دهندة میزان بالای قطبش‌پذیری خودبه‌خودی و پیزوالکتریکی و در مجموع قطبش ماکروسکوپیک در این نیمه‌هادی‌های نیتریدی بود. محاسبة قطبش برای ترکیب سه‌تایی آلومینیوم گالیم نیترید با غلظت آلومینیوم در ترکیب به اندازة 5/37 و 5/12 درصد به منظور بررسی اثر غلظت آلومینیوم بر پارامترهای ذکر شده انجام گرفت. نتیجة این محاسبات نیز نشان داد که میزان قطبش در این آلیاژ سه‌تایی نیتریدی (Al_xGa_1-xN) با افزایش میزان آلومینیوم در ترکیب افزایش می‌یابد. سهم زیادی از قطبش ماکروسکوپیک مربوط به قطبش خودبه‌خودی است، ضمن اینکه مقدار قطبش خودبه‌خودی با میزان غلظت کاتیون آلومینیوم در ترکیب، یک وابستگی غیرخطی دارد. همچنین محاسبات ساختار نواری ترکیبات نشان داد که در همگی آنها گاف نواری در راستای Γ و مستقیم است و با کاهش میزان غلظت آلومینیوم در ترکیب نیم‌رسانای Al_xGa_1-xN، میزان آن کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.27831752.1395.1.2.6.6

مراجع

[1] O. Ambacher, J. Phys. D 31, (1988), 2653.

[2] F. Bernardini and V. Fiorentini, Phys. Rev. B 57, (1998), R9427.

[3] F. Bernardini, V. Fiorentini, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B56, (1997), R10024.

[4] F. Bernardini and V. Fiorentini, Phys. Rev. B 64, (2001), 085207.

[5] O. Ambacher, J. Majewski, C. Miskys, A. Link, M. Hermann, M. Eickhoff, M. Stutzmann, F. Bernardini, V. Fiorentini, V. Tilak, B. Schaff, and L.F. Eastman, J. Phys.: Condens. Matter 143399– 3434(2002).

[6] R.D. King-Smith and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B47,(1993), 1651.

[7] R. Resta, Rev. Mod. Phys. 66, (1994), 899.

[8] P. Blaha, K. Schwarz, G. Madsen, D. Kvasnicka, J. Luitz, "Wien2k," An augmented plane wave+ ocal orbitals program for calculating crystal properties, (2011).

[9] J. Kuneˇs, Ph. Wissgott, userguide WIEN2WANNIER: From linearized augmented plane waves to maximally localizedWannier functions, (2013).

[10] H.J. Monkhorst and J.D. Pack, Phys. Rev. B 13,(1976),5188.

[11] R. Resta, Ferroelectrics. (1996). 136, 51.

[12] A. Malashevich, Abstract of dissertation, New Brunswick, New Jersey, The Graduate School- New Brunswick Rutgers, The State University of New Jersey, (2009).

[13] O. Ambacher, J. Phys. D: Appl. Phys. 31, (1998), 2653.

[14] O. Ambacher, J. Smart, J.R. Shealy, N.G. Weimann, K.Chu, M. Murphy, W.J. Schaff, and L.F. Eastman, J. Appl.Phys. 85, (1999), 3222.

[15] F. Bernardini, V. Fiorentini, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B63, (2001), 193201.

[16] Mánuel, J.M. et al. Structural and compositional homogeneity of InAlN epitaxial layers nearly lattice-matched to GaN. Acta Mater 58, 4120–4125, 10.1016/j.actamat-.2010.04.001 (2010).

[17] Morales, F.M. et al. Determination of the composition of In_xGa_1−xN from strain measurements.Acta Mater 57, 5681–5692, 10.1016/j.actamat.2009.07.063 (2009).

[18] D. Carvalho, K. Müller-Caspary, M. Schowalter, T. Grieb, T. Mehrtens, A. Rosenauer, T. Ben, R. García, A. Redondo-Cubero, K. Lorenz, B. Daudin & F. M. Morales, Direct Measurement of Polarization-Induced Fields in GaN/AlN by Nano-Beam Electron Diffraction, Scientific Reports 6,10.1038/srep28459(2016)

[19] Bernardini F, “Nitride Semiconductor Devices Principles and Simulation”, edited by, J. Piprek. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, (2007).

[20] I. Supryadkina, K. Abgaryan, D. Bazhanov, I. Mutigullin “AB initio study of macroscopic polarization of AlN, GaN and AlGaN”, Phys.Status Solidc. 11. No.2, (2014), 307-311.

فصلنامه علمی اپتوالکترونیک

مراجع

مراجع

[19] Bernardini F, “Nitride Semiconductor Devices Principles and Simulation”, edited by, J. Piprek. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, (2007).

[20] I. Supryadkina, K. Abgaryan, D. Bazhanov, I. Mutigullin “AB initio study of macroscopic polarization of AlN, GaN and AlGaN”, Phys.Status Solidc. 11. No.2, (2014), 307-311.

دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2
آذر 1395
صفحه 45-54

مراجع

مراجع

[19] Bernardini F, “Nitride Semiconductor Devices Principles and Simulation”, edited by, J. Piprek. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, (2007).

[20] I. Supryadkina, K. Abgaryan, D. Bazhanov, I. Mutigullin “AB initio study of macroscopic polarization of AlN, GaN and AlGaN”, Phys.Status Solidc. 11. No.2, (2014), 307-311.

دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2آذر 1395صفحه 45-54

دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2
آذر 1395
صفحه 45-54