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Structure and Passivation effects of mono- and di-hydrogen complexes in GaAs(y)N(1-y) alloys (Articolo in rivista)

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Structure and Passivation effects of mono- and di-hydrogen complexes in GaAs(y)N(1-y) alloys (Articolo in rivista) (literal)

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Amore Bonapasta A. 1,Filippone F. 1, Giannozzi P. 3, Capizzi M. 2, Polimeni A. 2 (2002)
Structure and Passivation effects of mono- and di-hydrogen complexes in GaAs(y)N(1-y) alloys
in Physical review letters (Print)
(literal)

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Amore Bonapasta A. 1,Filippone F. 1, Giannozzi P. 3, Capizzi M. 2, Polimeni A. 2 (literal)

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La modifica della gap di semiconduttori III-V e un obiettivo centrale della fisica dei semiconduttori strettamente connesso alle applicazioni tecnologiche. La possibilita di indurre una forte riduzione della gap di materiali binari e ternari III-V mediante lintroduzione di qualche percento di N e quindi di estremo interesse. Infatti, in tali quantita gli atomi di azoto non provocano effetti dannosi alla struttura cristallina del semiconduttore ospite ne favoriscono lintroduzione di difetti, producono quindi un beneficio senza effetti collaterali dannosi. Lazione passivante dellidrogeno e anche interessante per le applicazioni. I moderni dispositivi sono infatti basati su strutture a semiconduttore in cui gli strati attivi sono alternati a strati con gap differente. Cio richiede complessi processi di crescita e ricrescita che potrebbero essere semplificati mediante idrogenazione. Il primo autore (ISM-CNR) e corresponding author. (literal)

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Sono riportati i risultati di uno studio teorico delle proprieta strutturali ed elettroniche di complessi N-H formati in una lega diluita di GaAs(0.97)N(0.03). Linteresse per tali complessi e dovuto allosservazione dei seguenti fenomeni: a) qualche percento di N in semiconduttori III-V produce una forte riduzione (300-400 meV) della band gap del materiale ospite, una variazione della massa effettiva dellelettrone ed una riduzione della costante reticolare; b) lintroduzione di H atomico nella lega III-V-N determina la formazione di complessi N-H che provocano la completa passivazione degli effetti dellazoto inducendo il recupero della band gap, della massa effettiva e della costante reticolare del semiconduttore III-V ospite. Cio rende possibile un tuning delle proprieta di sistemi III-V mediante lintroduzione di N ed H nel materiale ospite. Lo studio e anche rilevante dal punto di vista della ricerca fondamentale perche leffetto prodotto da N, impurezza isoelettronica con As, e del tutto inatteso. Sorprendente e anche leffetto passivante prodotto da H. I complessi H-impurezza sono stati largamente investigati nel caso di impurezze non isoelettroniche e leffetto passivante di H e stato spiegato con modelli non applicabili al caso N-H. In tal senso, nel lavoro citato viene proposto un nuovo modello di passivazione da H. I risultati sono stati ottenuti con metodi teorici da principi primi state of art. (literal)

Note

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Titolo

Structure and Passivation effects of mono- and di-hydrogen complexes in GaAs(y)N(1-y) alloys (literal)

Abstract

In GaAsyN1y, the presence of a few percent of N induces a large reduction of the GaAs band gap that vanishes upon hydrogenation. In the present Letter, the energetics of N-H complexes and their effects on the band structure of the GaAs0.97N0.03 alloy have been investigated by first-principles density functional methods. We find that monohydrogen NH+ and dihydrogen NH2* complexes are formed depending on doping. Moreover, only NH2* complexes account for the neutralization of nitrogen effects. A model is proposed that clarifies the passivation mechanism of nitrogen by H. (literal)

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