Флуктуації п’єзоелектричної поляризації в квантових ямах на основі III-нітридів
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.1.47Ключові слова:
InGaN квантовi ями, атомна невпорядкованiсть, п’єзоелектрична поляризацiяАнотація
В роботi змодельовано вплив атомної невпорядкованостi на локальну п’єзоелектричну поляризацiю в полярних квантових ямах на основi III-нiтридiв. Розрахунок проводився для структур GaN/InGaN/GaN з випадковим розподiлом атомiв In в областi квантової ями. Ключовою складовою нашого дослiдження є оптимiзована для нiтридiв модель валентних силових полiв, на основi якої ми отримували розподiл релаксованих атомних положень та локальний тензор напруг. Розрахунок показав сильну просторову неоднорiднiсть п’єзоелектричної поляризацiї, при якiй локальне значення поляризацiї може навiть змiнювати свiй знак, а розподiл поляризацiйного потенцiалу значно вiдрiзняється вiд традицiйної картини конденсаторного поля в умовах постiйних векторiв поляризацiї в ямi та бар’єрах.
Посилання
F. Bernardini, V. Fiorentini, D. Vanderbilt. Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides. Phys. Rev. B 56, R10024(R) (1997).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.R10024
G. Martin, A. Botchkarev, A. Rockett, H. Morkoc. Valence-band discontinuities of wurtzite GaN, AlN, and InN heterojunctions measured by x-ray photoemission spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 74, 2541 (1996).
https://doi.org/10.1063/1.116177
R. Langer, J. Simon, V. Ortiz, N.T. Pelekanos, A. Barski, R. Andre, M. Godlewski. Giant electric fields in unstrained GaN single quantum wells. Appl. Phys. Lett. 74, 3827 (1999).
https://doi.org/10.1063/1.124193
M. Leroux, N. Grandjean, J. Massies, B. Gil, P. Lefebvre, P. Bigenwald. Barrier-width dependence of group-III nitrides quantum-well transition energies. Phys. Rev. B 60, 1496 (1999).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.1496
M.H. Kim, M.F. Schubert, Q. Dai, J.K. Kim, E.F. Schubert, J. Piprek, Y. Park. Origin of efficiency droop in GaNbased light-emitting diodes. Appl. Phys. Lett. 91, 183507 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2800290
K.S. Kim, J.H. Kim, Y.M. Park, S.J. Jung, Y.J. Park, S.N. Cho. Investigation of dominant effect on efficiency droop in InGaN light emitting device. Appl. Phys. Lett. 97, 031113 (2010).
https://doi.org/10.1063/1.3467451
V. Fiorentini, F. Bernardini, F.D. Sala, A. Di Carlo, P. Lugli. Effects of macroscopic polarization in III-V nitride multiple quantum wells. Phys. Rev. B 60, 8849 (1999).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.8849
F. Bernardini, V. Fiorentini, D. Vanderbilt. First-principles calculation of the piezoelectric tensor of III-V nitrides. Appl. Phys. Lett. 80, 4145 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1482796
P.Y. Prodhomme, A. Beya-Wakata, G. Bester. Nonlinear piezoelectricity in wurtzite semiconductors. Phys. Rev. B 88, 121304(R) (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.121304
M. Feneberg, K. Thonke, T. Wunderer, F. Lipski, F. Scholz. Piezoelectric polarization of semipolar and polar GaInN quantum wells grown on strained GaN templates. J. Appl. Phys. 107, 103517 (2010).
https://doi.org/10.1063/1.3374704
S.H. Park. Piezoelectric and Spontaneous Polarization effects on many-body optical gain of wurtzite InGaN/GaN polarization effects on many-body optical gain of wurtzite quantum well with arbitrary crystal orientation. Jpn. J. Appl. Phys. 42, 5052 (2003).
https://doi.org/10.1143/JJAP.42.5052
M. Lopez, F. Sacconi, M. Auf der Maur, A. Pecchia, A. Di Carlo. Atomistic simulation of InGaN/GaN quantum disk LEDs. Opt. Quant. Electron. 44, 89 (2012).
https://doi.org/10.1007/s11082-012-9554-3
M. Auf der Maur. Multiscale approaches for the simulation of InGaN/GaN LEDs. J. Comput. Electron. 14, 989 (2015).
https://doi.org/10.1007/s10825-015-0683-3
M. Auf der Maur, F. Sacconi, A. Pecchia, A. Di Carlo. The multiscale paradigm in electronic device simulation. IEEE Trans. Electron. Dev. 58, 1425 (2011).
https://doi.org/10.1109/TED.2011.2114666
R. Cingolani, A. Botchkarev, H. Tang, H. Morkoc, G. Traetta, G. Coli, M. Lomascolo, A. Di Carlo, F. Della Sala, P. Lugli. Spontaneous polarization and piezoelectric field in GaN/Al015Ga0.85N quantum wells: Impact on the optical spectra. Phys. Rev. B 61, 2711 (2000).
Q.Y. Wei, T. Li, Z.H. Wu, F.A. Ponce. In-plane polarization of GaN-based heterostructures with arbitrary crystal orientation. Phys. Status Solidi B 207, 2226 (2010).
https://doi.org/10.1002/pssa.200925632
M.A. Caro, S. Schulz, E.P. O'Reilly. Effect of alloy fluctuations on the local polarization in nitride nanostructures. Phys. Status Solidi B 249, 526 (2012).
https://doi.org/10.1002/pssb.201100402
M.A. Caro, S. Schulz, E.P. O'Reilly. Theory of local electric polarization and its relation to internal strain: Impact on polarization potential and electronic properties of groupIII nitrides. Phys. Rev. B 88, 214103 (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.214103
F. Grosse, J. Neugebauer. Limits and accuracy of valence force field models for InxGa1−xN alloys. Phys. Rev. B 63, 085207 (2001).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.085207
M. Lopuszynski, J.A. Majewski. Composition dependence of elastic constants in wurtzite AlGaInN alloys. J. Appl. Phys. 111, 033502 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.3678002
D. Camacho, Y.M. Niquet. Application of Keating's valence force field model to non-ideal wurtzite materials. Physica E 42, 1361 (2010).
https://doi.org/10.1016/j.physe.2009.11.035
A.V. Zinovchuk, E.A. Sevost'yanov. Optimized valence force field model for the lattice properties of non-ideal IIInitride wurtzite materials. Physica E 574, 411682 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411682
I. Vurgaftman, J.R. Meyer, L.R. Ram-Mohan. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys. J. Appl. Phys. 89, 5815 (2001).
https://doi.org/10.1063/1.1368156
C. Pryor, J. Kim, L.W. Wang, A.J. Williamson, A. Zunger. Comparison of two methods for describing the strain profiles in quantum dots. J. Appl. Phys. 83, 2548 (1998).
https://doi.org/10.1063/1.366631
J.M. Wagner, F. Bechstedt. Properties of strained wurtzite GaN and AlN: Ab initio studies. Phys. Rev. B 66, 115202 (2002).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.115202
Ph.E. Gill, W. Murray, M.H. Wright. Practical Optimization (Academic Press, 1981).
F. Bernardini, V. Fiorentini. Spontaneous versus piezoelectric polarization in III-V nitrides: conceptual aspects and practical consequences. Phys. Status Solidi B 216, 391 (1999).
https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3951(199911)216:1<391::AID-PSSB391>3.0.CO;2-K
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
