Adsorption of barium on surface of GaN(0001)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

For the first time, the adsorption of barium atoms on the surface of the (0001) face of GaN was calculated using the density functional method. The 2D GaN layer was modeled using a GaN (0001) 2×2 supercell containing 10 GaN bilayers. The electron density of state and the adsorption energy of the Ba atom were calculated for five adsorption sites of the Ba atom: in the hollow position, in the bridge position between the surface Ga ( N ) atoms, and above the surface Ga ( N ) atom. There was one Ba atom per 4 surface Ga atoms in the first GaN bilayer. The adsorption of the barium atom above the surface N atom was most preferable. The adsorption energy was 2,96 eV. The adsorption of Ba atoms resulted in an insignificant reconstruction of the GaN surface: the maximum shift of the Ga ( N ) atoms did not exceed 0,11 Å. The adsorption of Ba resulted in the formation of a surface band below the Fermi level.

About the authors

Mikhail N. Lapushkin

Ioffe Institute

Email: lapushkin@ms.ioffe.ru
Ph. D., Docent, Senior Researcher

References

  1. Qian, X. Phonon-engineered extreme thermal conductivity materials / X. Qian, J. Zhou, G.Chen // Nature Materials. - 2021. - V. 20. - I. 9. - P. 1188-1202. doi: 10.1038/s41563-021-00918-3.
  2. Buffolo, M. Defects and reliability of GaN-based LEDs: review and perspectives / M. Buffolo, A. Caria, F. Piva et al. // Physica Status Solidi (a). - 2022. - V. 219. - I. 8. - Art № 2100727. - 22 p. doi: 10.1002/pssa.202100727.
  3. Emon, A.I. A review of high-speed GaN power modules: state of the art, challenges, and solutions / A.I. Emon, A.B. Mirza, J. Kaplun et al. // IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. - 2022. - V. 11. - I. 3. - P. 2707-2729. doi: 10.1109/JESTPE.2022.3232265.
  4. Sun, R. GaN power integration for high frequency and high efficiency power applications: a review / R. Sun, J. Lai, W. Chen, B. Zhang // IEEE Access. - 2020. - V. 8. - P. 15529-15542. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2967027.
  5. Kozak, J.P. Stability, reliability, and robustness of GaN power devices: a review /j.P. Kozak, R. Zhang, M. Porter et al. // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2023. - V. 38. - I. 7. - P. 8442-8471. doi: 10.1109/TPEL.2023.3266365.
  6. Zhang, Y. Recent advances on gan-based micro-leds / Y. Zhang, R. Xu, Q. Kang et al. // Micromachines. - 2023. - V. 14. - I. 5. - Art. № 991. - 19 p. doi: 10.3390/mi14050991.
  7. Behringer, M. Blue high-power laser diodes-beam sources for novel applications: overview and outlook / M. Behringer, H. König // PhotonicsViews. - 2020. - V. 17. - I. 2. - P. 60-63. doi: 10.1002/phvs.202000018.
  8. Bermudez, V.M. The fundamental surface science of wurtzite gallium nitride / V.M. Bermudez // Surface Science Reports. - 2017. - V. 72. - I. 4. - P. 147-315. doi: 10.1016/j.surfrep.2017.05.001.
  9. Northrup, J.E. Incorporation of beryllium on the clean and indium-terminated GaN (0001) surface /j.E. Northrup // Applied Physics Letters. - 2001. - V. 78. - I. 19. - P. 2855-2857. doi: 10.1063/1.1368369.
  10. Lyons, J.L. First-principles theory of acceptors in nitride semiconductors /j.L. Lyons, A. Alkauskas, A. Janotti, C.G. Van de Walle // Physica Status Solidi (b). - 2015. - V. 252. - I. 5. - P. 900-908. doi: 10.1016/j.cossms.2024.101148.
  11. Reshchikov, M.A. Photoluminescence from vacancy-containing defects in GaN / M.A. Reshchikov // Physica Status Solidi (a). - 2023. - V. 220. - I. 10. - Art. № 2200402. -8 p. doi: 10.1002/pssa.202200402.
  12. Sun, Q. Energetics of Mg incorporation at GaN (0001) and Ga N (000 ) surfaces / Q. Sun, A. Selloni, T.H. Myers et al. // Physical Review B. - 2006. - V. 73. - I. 15. - Art. № 155337. - 9 p. doi: 10.1103/PhysRevB.73.155337.
  13. Al Balushi, Z.Y. Two-dimensional gallium nitride realized via graphene encapsulation / Z.Y. Al Balushi, K. Wang, R. K. Ghosh et al. // Nature Materials. - 2016. - V. 15. - I. 11. - P. 1166-1171. doi: 10.1038/nmat4742.
  14. Cui, Z. Tuning the optoelectronic properties of graphene-like GaN via adsorption for enhanced optoelectronic applications / Z. Cui, X.Wang, M. Li et al. // Solid State Communications. - 2019. - V. 296. - P. 26-31. doi: 10.1016/j.ssc.2019.04.010.
  15. Бенеманская, Г.В. Модификация электронной структуры и формирование аккумуляционного слоя ультратонких интерфейсов Ва/n-GaN и Ba/n-AlGaN / Г. В. Бенеманская, С. Н. Тимошнев, С. В. Иванов и др. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2014. - Т. 145. - Вып. 4. - С. 684-696.
  16. Бенеманская, Г.В. Аккумуляционный зарядовый слой на поверхности n-GaN (0001) с ультратонкими Ва покрытиями / Г. В. Бенеманская, Г. Э. Франк-Каменецкая // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2005. - Т. 81. - Вып. 10. - С. 642-645
  17. Hintze, F. Ba3Ga3N5: a novel host lattice for Eu2+-doped luminescent materials with unexpected nitridogallate substructure / F. Hintze, F. Hummel, P. J. Schmidt et al. // Chemistry of Materials. - 2012. - V. 24. - I. 2. - P. 402-407. doi: 10.1021/cm203323u.
  18. Giannozzi, P. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials / P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2009. - V. 21. - №. 39. - Art. № 395502. - 19 p. doi: 10.1088/0953- 8984/21/39/395502.
  19. Perdew, J.P. Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems /j.P. Perdew, A. Zunger // Physical Review B. - 1981. - V. 23. - I. 10. - P. 5048-5079. doi: 10.1103/PhysRevB.23.5048.
  20. Nishihara, S. BURAI 1.3 A GUI of Quantum ESPRESSO / S. Nishihara. - Режим доступа: www.url: https://nisihara.wixsite.com/burai. - 16.07.2024.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».