Transportní vlastnosti železem dotovaného nitridu gallitého

Nitrid gallitý (GaN) je již dlouho nejen slibný, ale i široce využívaný materiál pro nejrůznější aplikace, hlavně optoelektronické - modré lasery a bílé LED. Vlastnosti GaN byly před mnoha lety studovány i u nás (výsledky pražských skupin – Pastrňák, Rosa, Nohavica jsou vysoce ceněny dodnes). V posledních letech se však díky realizaci velkých objemových semiizolačních krystalů (hlavně GaN:Fe) otevřely i široké aplikace v mikrovlnné elektronice.

Ve FZÚ, v ÚFE a na PřF MU jsme studovali vlastnosti tohoto materiálu v rámci společného projektu s americkou firmou Kyma Technologies, Inc., financovaného agenturou Missile Defence Agency. Měřili jsme vlastnosti optické (fotoluminiscenční, transmisní, reflekční a Ramanova spektra), mikroskopické (optické i elektronové), SIMS, RTG i elektronovou spektroskopií. Tato měření budou prezentována jindy či jinde. Tento seminář bude věnován dvěma různým způsobům měření elektrických vlastností – pomocí volt-ampérových charakteristik a THz spektroskopií.

Volt-ampérové charakteristiky byly měřeny v podmínkách nerovnovážné injekce nositelů náboje. Byla použita dvou-elektrodová konfigurace s hrotovým a celoplošným kontaktem, která umožňuje lokální charakterizaci hustoty pastí. Experimentálně jsme prokázali, že pro různé režimy radiálního toku kontrolovaného prostorovým nábojem platí univerzální dvoutřetinový zákon a určili jsme limitní napětí zaplnění pastí pod kvazi-Fermiho hladinou.

THz spektroskopie je vhodná pro GaN se střední úrovní koncentrace volných nosičů. Ve spektrech komplexní permitivity byly pozorovány znaky způsobené volnými nosiči, které závisí na úrovni dotace a na teplotě. Z těchto spekter jsme určili ionizační energie defektů a koncentrace volných nosičů jako funkci teploty. Prostorově rozlišená měření nám umožňují studovat i homogenitu vzorku.