ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Легирующие примеси из "Квантовая химия в материаловедении" Наряду с решеточными вакансиями, важнейшим типом точечных дефектов в нитридах являются примесные центры, наличие которых зачастую зависит от условий синтеза конкретных образцов. В свою очередь, легирование нитридов различными изо- и ге-теровалентными примесями рассматривается как один из наиболее эффективных приемов направленного регулирования их физико-химических характеристик. Некоторые вопросы зависимости оптических, электрических, термических свойств, условий роста нитридных пленок и гетероструктур, включающих BN, A1N, GaN, InN, от присутствия примесных центров обсуждаются в обзорах [44—49]. [c.43] Проблема модификации электронной структуры Ш-нитридов в присутствии разнообразных примесей в связи с ее значимостью для технологий современных электронных устройств является одной из центральных в компьютерном материаловедении широкощелевых полупроводников. [c.43] Согласно оценкам [50], состояния Ве, Mg являются существенно делокализованными и примешиваются, по крайней мере, к состояниям атомов нескольких координационных сфер дефектов. Это способствует значительной подвижности генерируемых дефектом дырочных носителей, а сама природа дырочной проводимости в ВМ (Ве, Mg) не может быть описана в модели локальных акцепторных примесных уровней. [c.44] Известно, что при изовалентном легировании (например, при замещении в ОаК Са — А1 или N Р) релаксационные эффекты имеют центрально-симметричный характер и сводятся к локальным сжатию или расширению решетки матрицы вблизи дефекта. [c.46] Более драматическая перестройка локального структурного состояния возможна при гетеровалентном легировании, когда характер низкосимметричных искажений (значительный релаксационный сдвиг примеси из позиции замещаемого центра) зависит от природы (донорной или акцепторной) дефекта. В этом случае ока зывается невозможным ограничиться рассмотрением центральносимметричного типа релаксации (как это сделано, например, в [50]). С позиций кристаллохимии низкосимметричные искажения можно трактовать как локальную структурную перестройку вблизи дефекта с образованием переходной структуры — между структурой матрицы и структурой стабильной фазы, образуемой примесными атомами с атомами матрицы, составляющими первую координационную сферу дефекта. [c.46] Физическая природа указанной структурной релаксации обусловлена возникновением для гетеровалентного дефекта набора метастабильных состояний [78]. [c.46] Наличие метастабильных примесных центров обычно связывают с двумя возможностями зарядового и структурного состояния примеси — в исходном, когда примесь располагается в узле замещаемого элемента, и реконструированном состоянии, т. е. в междуузельной позиции. Прототипом метастабильных центров являются т. н. ОХ-центры, обнаруженные в III—V полупроводниках при их легировании донорными примесями [78, 79. [c.46] Как показали работы последних лет [52, 55, 57, 61, 63, 64], для рассматриваемых нитридов деление их центров на два типа — основное (ВХ, глубокое) и метастабильное (мелкое) [78, 79] оказывается слишком упрощенным. [c.47] Более справедливо говорить о существовании в примесных системах набора состояний, когда, наряду с основным (глубоким), имеется ряд метастабильных (мелких) состояний, отличающихся зарядом и локальной координацией. Общую ситуацию можно проиллюстрировать с помощью схематической конфигурационной диаграммы рис. 2.7, представляющей вероятные варианты образования ВХ-центров примеси в зависимости от ее смещения из позиции замещения по обобщенной конфигурационной координате [61]. Видно, что вариант (1) соответствует нестабильному ОХ-центру. Варианты 2, 3) — метастабильному (2) и стабильному (5) ВХ-центрам, отделенным от основного состояния (позиция замещения) потенциальными барьерами. Случай (4) описывает ситуацию, когда основное состояние по отношению к ВХ-состоя-нию нестабильно. [c.47] В общем случае, механизм реконструкции примесных состояний из мелких (делокализованных) в глубокие (локализованные) будет определяться общим энергетическим выигрышем протекания такого процесса (с учетом величины энергетического барьера), и в каждом конкретном случае будет зависеть от многих факторов — природы исходного кристалла и его структуры, типа примеси, наличия дополнительных дефектов и их концентрации, внешних условий (давление, температура и т. д.). [c.47] Для примеси Si в e-AlN при смещении дефекта вдоль [0001] DX-центров не возникает, однако на конфигурационной диаграм-.ме при сдвиге Si вдоль [111] обнаруживается локальный энергетический минимум. Тем не менее, корреляционная энергия данной DX-конфигурацни положительна (-0,31 эВ), что позволяет отнести этот DX-центр к метастабильным. [c.49] Для системы e-GaN 0 также установлено наличие метаста-бильного и 0,48 эВ) DX-центра. Расчеты показали, что для сжатого состояния решетки (на 16 %, моделирует приложение внешнего гидростатического давления / - 18 ГПа) корреляционная энергия DX-центра меняет знак, и данное положение примесей оказывается наиболее устойчивым. [c.49] Таким образом, согласно [63], в сфалеритоподобных структурах примеси Si, и О DX-центров не образуют. В вюртцитной фазе A1N DX-центры устойчивы, в e-GaN — нестабильны, однако могут быть стабилизированы при приложении внешнего давления. Очевидно, возможным путем плавного регулирования концентрации устойчивых кислородных DX-центров является их формирование в ТР Alj.Gai tN переменного состава. [c.49] В общем случае замещение анионного А) либо катионного К) узлов матрицы донорной или акцепторной примесью может привести к образованию четырех основных типов дефектов — анионных и катионных донорных или акцепторных центров (АДЦ, ААЦ, КДЦ и КАЦ, соответственно). [c.49] В то же время, накопленный материал не позволяет пока предложить единой модели прогноза примесных состояний в Ш-нитридах и более сложных систем на их основе. Ее разработка представляется одним из важных приоритетов квантовой теории легированных нитридов. [c.53] Вернуться к основной статье