GaN/Si-NPA异质结中的点缺陷及其光电特性调控

李新建，段丙新

(1.郑州大学 物理学院 河南 郑州 450001；2.材料物理教育部重点实验室 河南 郑州 450001)

0 引言

作为第三代半导体的典型材料，GaN是一种直接带隙半导体，具有带隙宽、载流子迁移率高、热导率高、化学稳定性和热稳定性好等优势[1]，已广泛应用于制备各种光电子器件，如太阳能电池、光电探测器、发光二极管、激光二极管和高电子迁移率晶体管等[2-6]。为获得高性能的GaN器件，制备高质量GaN薄膜至关重要。在过去几十年的研究中，许多传统的薄膜制备技术，包括化学气相沉积[7]、金属有机化学气相沉积[8]、氢化物气相外延[9]、分子束外延[10]等，都被用于制备同质外延和异质外延GaN薄膜。由于GaN与衬底材料之间晶格常数和热膨胀系数不同而存在晶格失配和热失配，这些方法在生长GaN薄膜的过程中，都不可避免地引入各种缺陷。

GaN中的缺陷可以分为点缺陷和扩展缺陷，其中点缺陷包括空位、间隙、反位、杂质、复合缺陷，扩展缺陷包括位错、团簇等。在GaN薄膜外延生长的过程中，常见的点缺陷为镓空位(VGa)、氮空位(VN)、双空位(VGaVN)。在富镓制备条件下，VGa的形成能较低，2-/3-、-/2-和0/-跃迁能级的能量分别为1.10 eV、0.64 eV和0.25 eV，此外，VGa在较宽的温度范围内可以移动，通常能在生长或热退火过程中迁移并形成更稳定的复合缺陷。当费米能级接近导带时，n型GaN中VGa的形成能较低，作为一种类受主缺陷，VGa起补偿中心作用。VN的能级靠近或在导带中，第一性原理计算表明，只有在富镓条件下，n型GaN中才能形成可检测浓度的VN，VN在带隙中只有一个跃迁能级，即位于价带上方(0.5±0.2)eV的3+/+态。……