Modelowanie ab initio powierzchni GaN(OOO1) za pomocą metody funkcjonału gęstości (DFT)

Krakowski, S.; Kempisty, P.; Strąk, P.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Modelowanie ab initio powierzchni GaN(OOO1) za pomocą metody funkcjonału gęstości (DFT)

Autorzy

Krakowski S. , Kempisty P. , Strąk P.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

https://www.ptf.net.pl/PF/archiwum

Identyfikatory

Warianty tytułu

Ab initio modeling of GaN(OOO1) surface by Density Functional method (DFT)

Języki publikacji

Abstrakty

Omówiono stan i znaczenie badań powierzchni GaN (0001) dla rozwoju podstaw fizycznych azotkowych technologii optoelektronicznych. Sposoby modelowania powierzchni za pomocą metody DFT w tym jej sformułowanie i zastosowanie do modelu slabu powierzchni GaN (0001) zostały pokrótce wyjaśnione. Przedstawiono podstawy modelowania wpływu domieszkowania półprzewodnika na własności powierzchni poprzez kontrolę elektrycznych pól przypowierzchniowych. Omówiono wyniki dotyczące czystej powierzchni GaN(OOOl), w tym jej strukturę i własności elektronowe. Wyjaśniono występowanie zjawiska Starka stanów powierzchniowych (Surface States Stark Effect - SSSE) i jego wpływ na energie stanów powierzchniowych i zagięcie pasm przy powierzchni. Wykazano, że pinning stanów powierzchniowych może zachodzić przy ich zmianie energii względem energii pasmowych. Ponadto omówiono modele adsorpcji równowagowy i kinetyczny na przykładzie adsorpcji wodoru i azotu. Wykazano, że modele te dają spójny obraz powierzchni GaN (0001) w metodach metodach wzrostu przy użyciu amoniaku - powierzchnia ta jest pokryta rodnikami NH2.

The present state and the importance of the investigations of GaN(OOOl) surface for the development of physical foundations of nitride optoelectronic technologies are discussed. Surface modeling techniques by DFT method, including its formulation and application to slab models of GaN (0001) surface are shortly explained. The foundations of the simulation of the influence of doping of bulk semiconductors on surface properties by electric subsurface field control are introduced. The results concerning clean GaN (0001) surface, including its structure and electronic properties are discussed. The existence of Surface States Stark Effect (SSSE) and its influence on the energy of surface states energy and band bending is explained. It was shown that Fermi energy pinning occurs at the change of the relative energies of surface and band states. Additionally, the models of the adsorption: equilibrium and kinetic was discussed on example adsorption of hydrogen and nitrogen. It was proved that these models give coherent picture of GaN (0001) surface in ammonia based growth methods - the surface is covered by NH2 radicals.

Słowa kluczowe

badanie powierzchni GaN(0001) powierzchnia GaN(0001) modelowanie powierzchni własności powierzchni metoda funkcjonału gęstości adsorpcja

Wydawca

Polskie Towarzystwo Fizyczne

Czasopismo

Postępy Fizyki

Rocznik

2010

Tom

T. 61, z. 2

Strony

68--76

Opis fizyczny

Bibliogr. 75 poz., wykr.

Twórcy

autor

Krakowski S.

autor

Kempisty P.

autor

Strąk P.

Instytut Wysokich Ciśnień, Polska Akademia Nauk, ul. Sokołowska 29/37, 01-142 Warszawa, Polska

Bibliografia

[1] S. Nakamura, G. Fasol, S. Pearton, The Blue Laser Diodes, Springer - Verlag Berlin, 1997
[2] M. Klude, M. Fehrer, D. Hommel, Physica-Status-Solidi-A. 180 (2000) 21
[3] A. Yoshida, EMIS Datareview Series No 23, published by IN-SPEC, The Institution of Electrical Engineers, London, 1999, p. 31
[4] M. Leroux and B. Gil, EMIS Datareview Series No23, published by INSPEC, The Institution of Electrical Engineers, London, 1999, p. 45
[5] M. Leroux and B. Gil, EMIS Datareview Series No 23, published by INSPEC, The Institution of Electrical Engineers, London, 1999, p. 17
[6] W. Walukiewicz, Physica-E. 20 (2004) 300
[7] T.S. Cheng, EMIS Datareview Series No 23, published by INSPEC, The Institution of Electrical Engineers, London, 1999, p. 341
[8] H. Okamoto, Microelectron. Eng. 2(1984) 44
[9] H. Okamoto, J. Vac. Sci.Technol. B 3(1985) 687
[10] P. Perlin, P. Wiśniewski, R. Czernecki, P. Prystawko, M. Leszczyński,T. Suski, I. Grzegory, L. Marona,T. Świetlik, K. Komorowska, S. Porowski, Proc. SPIE 6184 (2006) 61840H
[11] H. Kressel, G.H. Olsen, CJ. Nuese Appl. Phys. Lett. 30 (1977) 249
[12] K. Leonardi, T. Passow, M. Klude, D. Hommel, J. Cryst. Growth 227-228 (2001) 650
[13] E. Roventa, R. Kroger, M. Klude, A. Ueta, G. Alexe, P. Ryder, D. Hommel, Physica-Status-Solidi-C. 4 (2004) 1005
[14] H. Amano, M. Kito, K. Hiramatsu, I. Akasaki, Jpn. J Appl. Phys. Part2-Letters; 28 (1989) L2112
[15] S. Nakamura, M. Senoh, T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. Part-2-Letters. 30(10A) (1991) L1708
[16] S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh, N. Iwasa, Jpn. J. Appl. Phys. Part-2-Letters. 31(2B) (1992) L139
[17] S.F. Chichibu, A. Abare. M. Mack, M. Minsky, T. Deguchi, D. Cohen, P. Kozodoy, S. Fleischer, S. Keller, J. Speck, J.E. Bowers, E. Hu, U.K. Mishra, L.A. Coldren, S.P. Denbaars, K. Wada,T. Sota, S. Nakamura, Mater. Sci. Eng.-B 59(1999) 298
[18] S.F. Chichibu, A. Uedono,T Onuma, B.A. Haskell, A. Chakraborty, T. Koyama, P.T. Fini, S. Keller, S.P. Denbaars, J.S. Speck,U.K. Mishra, S. Nakamura, S. Yamaguchi, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki, Jung-Han, T. Sota, Nature Mater. 5 (2006) 810
[19] S. Nakamura, IEICE Trans. E83-C (2000) 529
[20] W. Utsumi, H,. Saitoh, H. Kaneko, K. Aoki, O. Shimomura, Nature Mater. 2 (2003) 735
[21] I. Grzegory J. Phys.: Condens. Matter 14 (2002) 11055
[22] R. Dwiliński, R. Doradziński, J. Garczyński, L.P. Sierzputowski, A. Puchalski, Y. Kanbara, K. Yagi, H. Minakuchi , and H. Hayashi, J. Cryst. Growth 310 (2008) 3911
[23] K. Motoki, T. Okahisa, S. Nakahata, N. Matsumoto, H. Kimura, H. Kasai, K. Takemoto, K. Uematsu, M. Ueno, Y. Kumagai, A. Koukitu, H. Seki, Mater. Sci. Eng. B93 (2002) 123
[24] K. Motoki,T. Okahisa, S. Nakahata, N. Matsumoto, H. Kimura, H. Kasai, K. Takemoto, K. Uematsu, M. Ueno, Y. Kumagai, A. Koukitu, H. Seki, J. Cryst. Growth 237-239(2002) 912
[25] E. Litwin-Staszewska, T. Suski, R. Piotrzkowski, I. Grzegory, M. Boćkowski, J. L. Robert, L. Konczewicz, D. Wasik, E. Kamińska, D. Cote and B. Clerjaud, J Appl. Phys. 89 (2001) 7960
[26] P. Prystawko, M. Leszczyński, B. Beaumont, P. Gibart, E. Frayssinet, W. Knap, P. Wiśniewski, M. Bockowski, T. Suski, S. Porowski Phys. Stat. Sol (b) 210 (1998) 437
[27] G. Franssen E. Litwin-Staszewska, R. Piotrzkowski,T Suski, P. Perlin J. Appl. Phys. 94 (2003) 6122
[28] L. Marona, P. Wiśniewski, P Prystawko, I. Grzegory,T. Suski, S. Porowski, P. Perlin, R. Czernecki, M. Leszczyński, Appl. Phys.-Lett. 88 (2006) 201111
[29] D.A. B. Miller, D.S. Chemla, T.C. Damen, A.C. Gossard, W. Wiegmann, T.H. Wood, and C.A. Burrus, Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 2173
[30] M.P. Halsall, J.E. Nicholls, J.J. Davies, B. Cockayne, and P.J. Wright, J. Appl. Phys. 71 (1992) 907
[31] R. Langer, J. Simon, V. Ortiz, N.T. Pelekanos, A. Barski, R. Ander and M. Godlewski, Appl. Phys. Lett. 74 (1999) 3827
[32] M. F. Schubert, S. Chhajed, J. K. Kim, E.F. Schubert, D.D. Koleske, M.F. Crawford, S.R. Lee, A.J. Fisher, G. Thaler and M.A. Banas, Appl. Phys. Lett. 91 (2007) 231114
[33] E. Frayssinet, W. Knap, P. Lorenzini, N. Grandjean, J. Massies, C. Skierbiszewski, T. Suski, I. Grzegory, S. Porowski, G. Simin, X. Hu, M.A. Khan, M.S. Shur, R. Gaska, D. Maude, Appl. Phys. Lett. 77 (2000): 2551
[34] B. Delley J. Chem. Phys. 92 (1990) 508, ibid 94 (1991) 7245
[35] N. Troullier and J. L. Martins, Phys. Rev. B 43 (1991) 1993
[36] N. Troullier and J. L. Martins, Phys. Rev. B 43 (1991) 8861
[37] G. Kresse and J. Hafner, Phys. Rev. B 47 (1993) 558
[38] G. Kresse and J. Furthmuller, Comput. Mat. Sci. 6 (1996) 15
[39] G. Kresse and J. Furthmuller, Phys. Rev. B 54, (1996) 11169
[40] G. Kresse and D. Joubert, Phys. Rev. B 59 (1999) 1758
[41] J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. Garcia, J. Junquera, P. Ordejon, and D. Sanchez-Portal, J. Phys.: Condens. Matter 14 (2002) 2745
[42] P. Ordejon, D. A. Drabold, M. P. Grumbach, and R. M. Martin, Phys. Rev. B 48 (1993) 14646
[43] P. Ordejon, D. A. Drabold, M. P. Grumbach, and R. M. Martin, Phys. Rev. B 51 (1995) 1456
[44] P. Rinke, M. Winkelnkemper, A. Qteish, D. Bimberg,J. neugebauer and M. Scheffler, Phys. Rev. B. 77 (2008) 75202
[45] S. P. Łepkowski and J. A. Majewski, Phys. Rev. B 74, 35336 (2006)
[46] Z. Romanowski, S. Krukowski, I. Grzegory, S. Porowski, J. Cryst. Growth 189-190 (1998) 159
[47] Z. Romanowski, S. Krukowski, I. Grzegory, S. Porowski, J. Chem. Phys. 114 (2001) 6353
[48] J. Neugebauer and M. Scheffler, Phys. Rev. B 46 (1992) 16067
[49] S. Krukowski, P. Kempisty, and P. Strąk, J. Appl. Phys. 105, (2009) 113701
[50] P. Kempisty, S. Krukowski, P. Strąk, and K. Sakowski, J. Appl. Phys. 106, (2009) 054901
[51] B. Meyer and D. Marx, Phys. Rev. B 67, (2003) 35403
[52] P. W. Tasker, J. Phys. C 12, (1979) 4977
[53] C. Noguera, J. Phys.: Condens. Matter 12 (2000) R367
[54] K. Shiraishi, J. Phys. Soc. Jpn. 59 (1990) 3455
[55] K. Rapcewicz, M. B. Nardelli, and J. Bernholz, Phys. Rev. B 56 (1997) 12725
[56] F.-H. Wang, P. Kruger, and J. Pollman, Phys. Rev. B 64 (2001) 35305
[57] A. L. Rosa and J. Neugebauer, Phys. Rev. B 73 (2006) 205346
[58] P. Kempisty, P. Strąk and S. Krukowski, K. Sakowski, J. Appl. Phys. - submitted
[59] D. Segev and C. van de Walk, Surf. Sci.. Lett. 601 (2007) L15
[60] D. Segev and C. van de Walk, Surf. Sci. Lett. 601 (2006) L15
[61] D. Segev and C. van de Walk, Europhys. Lett. 76 (2006) 305
[62] C. G. van de Walk and D Segev, J. Appl. Phys. 101 (2007) 081704
[63] D. Segev and C. G. van de Walk, J. Cryst. Growth 300 (2007) 199
[64] V. Bermudez - informacja prywatna
[65] Y.-C. Chao, C. B. Stagarescu, J. E. Downes, P. Ryan, K. E. Smith, D. Hanser, M. D. Bremser, and R. F. Davis, Phys. Rev. B 59 (1999) R15586
[66] S. S. Dhesi, C. B. Stagarescu, K. E. Smith, D. Doppalaudi, R. Singh, and Th. D. Moustakas, Phys. Rev. B 56 (1997) 10271
[67] C.I. Wu, A. Kahn, N.Taskar, D.Dorman, and D. Gallaher, J. Appl. Phys. 83 (1998) 4249
[68] J. P. Long and V. M. Bermudez, Phys. Rev. B 66 (2002) 121308
[69] M. Kocan, A. Rizzi, H. Lath, S. Keller, and U. K. Mishra, phys. stat. solidi (b) 234, (2002) 773
[70] T. Valla, P. D. Johnson, S. S. Dhesi, K. E. Smith, D. Doppalaudi, and Th. D. Moustakas, Phys. Rev. B 59 (1999) 5003
[71] S.-J. Cho, S. Dogan, S. Sabuktagin, M. A. Reschikov, D. K. Johnstone, and H. Morkoc, Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 3070
[72] L. Pluciński, T. Strasser, B. Kowalski, K. Rossnagel, T. Boetcher, S. Einfeldt, D. Homel, I. Grzegory, S. Porowski, B. A. Orłowski, W. Schattke, and R. L. Johnson, Surf. Sci. 507-10, (2002) 223
[73] S. M. Wistrand, K. O. Magnusson, L. S. O. Johansson, and M. Oshima, Surf. Sci. 584 (2005) 169
[74] J. Neugebauer and C. G. Van de Walk, Phys. Rev. Lett. 75, (1995) 4452
[75] S. Krukowski, P. Kempisty, and A. F. Jalbout, J. Chem. Phys. 129 (2008) 234705

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BAT5-0049-0011