1.2 Характеристики многокомпонентных наногетероструктур на основе aiiibv

Нитриды A^IIIB^V и их твердые растворы [3], как отмечалось ранее, представляют класс материалов с некоторыми особенными свойствами, такими как большой диапазон изменения ширины запрещенной зоны (E_g), спонтанная поляризация (СП) и пьезоэлектрический эффект (ПЭ), в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 – Cпонтанная поляризация

Отличие нитридных элементов III группы – A^IIIN – это рекордные величины СП и компонент ПЭ тензора. Они приводят к сильным внутренним электрическим полям, до 10⁵ –10⁷ В/см, которые могут быть также следствием рассогласования постоянных кристаллических решеток, а также к формированию дефектов и к особенным оптическим свойствам. Превосходная физическая и химическая стабильность нитридных полупроводников позволяет использовать их в агрессивных средах. Данные свойства важны при использовании этих материалов и приборов на их основе, так как СП стремится уменьшить коэффициент полезного действия (КПД) оптоэлектронных устройств, основанных на использовании КЯ. В нитридах–пироэлектриках СП не может быть определена прямым измерением, потому что ее направление и ориентация не могут изменяться и всегда параллельны оси кристалла нижней сингонии, так называемой пироэлектрической оси. Среди тетраэдрических соединений у пироэлектриков наиболее часто встречается вюрцитная структура.

GaN и сопутствующие соединения могут кристаллизоваться как в структуру типа цинковой обманки, так и в структуру типа вюрцита [4]. При сверхвысоких давлениях GaN может кристаллизоваться в структуру каменной соли, типа NaС1 [5]. Вюрцитная структура более распространена и она , в основном, используется в приложениях. Связи с ближайшими соседями у атомов А1, Gа, In и N – тетраэдрические. Решетка Бравэ – вюрцитной структуры, гексагональная; ось, перпендикулярная шестиугольникам, обычно обозначается как с–ось; постояннью решетки вдоль двух других осей в вюрцитном GaN равны: а = b.

Нитрид галлия – прямозонный полупроводник и в модификации кристаллической решетки вюрцита имеет симметрию Р63mc. В модификации кристаллической решетки цинковой обманки группа симметрии F43m. Эффективная масса плотности состоянии в валентной зоне – 1.4 m₀, а эффективная масса электронов в зоне проводимости – 0.13 m₀. Постоянная решетки а = 0.42 нм. Эффективная масса плотности состоянии в валентной зоне по данным [5–8] m_p=1.2 m₀. Эффективная масса электронов в зоне проводимости составляет m_е=0.5 m₀ [6], а эффективная масса дырок – 0.8 m₀ [9].

Относительная диэлектрическая низкочастотная константа по различным источникам варьируется от 8.9 до 10.4 [6,10] Высокочастотная диэлектрическая константа почти в 2 раза меньше и составляет величину 5.35–5.8 [6,7].

Ширина запрещенной зоны GaN с изменением температуры изменяется относительно слабо: 3.2 эВ при комнатной температуре и 3.28 эВ – при температуре жидкого гелия [6].

Вид зонной структуры GaN представлен в соответствии с рисунком 3.

Рисунок 3 – Зонная структура GaN

Для модификации в виде вюрцита, зонная диаграмма отличается видом валентных зон и значениями энергии минимумов, в соответствии с рисунком 4.

Рисунок 4 – Элемент зонной диаграммы GaN в модификации вюрцита

Зонная структура нитридов схожа с зонной структурой других А^IIIВ^V соединений. GaN – прямозонный полупроводник, и межзонные оптические переходы идут вблизи края запрещенной зоны в точке Гк = 0.