关于氮化镓的晶体学

氮化镓晶体 1. 晶体结构[1-3] 空间结构： 空间群：P63mc 平衡晶格常数：a = 3.186 Å, c = 5.186 Å 基矢：Ga: N: 基元坐标：Ga: 0 0 0,1/3 2/3 1/3 N: 0 0 3/8,1/3 2/3 7/8 分别对应的Wykoff符号： 2a,3m,2a,2b。 2.晶体结构缺陷 介伟伟等人[4]研究了GaN本征点缺陷Ga、N的空位缺陷，模拟计算了五种模型（GaN、Ga0.875N、Ga0.750N、GaN0.875、GaN0.750）的能带结构、差分电子密度，电子态密度。得到了两种空位缺陷对GaN性能的影响，结果如下： 表 1.五种类型晶格常数和禁带宽度 由表 1可知，四种缺陷GaN的带隙宽度比无缺陷的 GaN的要大；晶格常数都发生了改变：a值随空位的种类以及浓度的变化不大，而c值随 Ga空位浓度增加而增大，随 N空位浓度增加而减少。 图1.五种模型（110）面差分电子密度分布 N的负电性比Ga的强，图1a中可以看到Ga-N键的电子云集中在N原子附近，Ga-N键具有明显的离子性。图1b、c中由于存在Ga空位，电子云更加分散，使键作用增强，晶格常数c增加，导带向高能方向移动，价带向低能方向移动，导致禁带宽度增加。图1d、e中存在N空位，随着N空位浓度逐渐增加（a→d→e）,电子态密度下降，导致Ga-N的结合能减弱，价带向低能方向移动，导带也向低能方向移动，，但相对于价带的移动较小，且随着N 空位的增加导带又反向向高能方向移动得更多，所以随着N 空位的增加，GaN 的禁带宽度在不断地增加。 图2.态密度图谱 图2（a）是理想GaN晶体的分态密度图，图2（b）是GaN、Ga0.875N、Ga0.750N的总态密度图谱，可以看出Ga0.875N、Ga0.750N与理想GaN的态密度峰值几乎出现在同样位置，而总太密度低于理想GaN的。图2（c）中GaN0.875、GaN0.750态密度峰值出现位置与理想GaN相差很大，由于费米能级附近的电子态密度决定其电导率的大小，所以N缺陷对GaN的电导率影响较大。 综上所述，Ga、N的空位缺陷会使GaN晶格发生畸变，带隙变宽，从而影响其电学性能。 3.结构能带[5-7] 元素原子的电子组态： Ga：1s22s22p63s23p63d104s24p1 N:1s22s22p3 图3.纤锌矿GaN能带结构图 由图3可知，GaN带隙比较窄，约为3-4ev左右（300K时禁带宽度为3.39ev），是典型的半导体材料。但与Si的禁带宽度（1.12ev）相比较, GaN的带隙较宽，故可以用于高功率、高速的光电元件中。 GaN能带结构中导带底（导带的最小值）与满带顶（满带最大值）在处于K空间中的同一位置（Γ 位置），说明 GaN材料是直接带隙半导体，电子...