Electron Scattering on the Short-range Potential of the Point Defects in Sphalerite GaN: Calculation from the First Principles

Abstract

The electron scattering processes in sphalerite gallium nitride on the different lattice point defects are considered. The short-range principle is taken into account in all the calculations. The transition matrix elements have been evaluated by using the self-consistent wave function and potential obtained within the ab initio density functional theory. This approach avoids the problem of using the fitting parameters for the six electron scattering mechanisms. The temperature dependences of electron mobility in the range 30-300 K are calculated. The results obtained with short-range scattering models reveal a better agreement with experiment than with the long-range scattering ones. For the first time the electron transport properties have been obtained here on base of the short-range scattering models, with derived by projector augmented waves self-consistent eigenfunctions and potentials, calculated from the first principles.

Розглядаються процеси розсіяння електронів на різних точкових дефектах гратки в нітриду галію зі структурою сфалериту. У всіх розрахунках береться до уваги принцип близькодії. Елементи матриці переходу були оцінені з використанням самоузгоджених хвильової функції і потенціалу, отриманих в рамках теорії функціонала електронної густини з перших принципів. Такий підхід дозволяє уникнути використання підгінних параметрів для шести механізмів розсіювання електронів. Розраховано температурні залежності рухливості електронів в діапазоні 30-300 K. Результати, отримані за допомогою близькодіючих моделей розсіяння краще узгоджуються з експериментом, ніж у випадку використання далекодіючих моделей. Вперше отримані властивості переносу електронів з використанням близькодіючих моделей, в основі яких лежать розраховані з перших принципів за допомогою проекційних приєднаних хвиль самоузгоджені власні функції і потенціали кристала.

Рассмотрены процессы рассеяния электронов на различных точечных дефектах решетки нитрида галлия со структурой сфалерита. Во всех расчетах принимается во внимание принцип близкодействия. Элементы матрицы перехода были оценены с использованием самосогласованных волновой функции и потенциала, полученных в рамках теории функционала электронной плотности из первых принципов. Такой подход позволяет избежать использования параметров подгонки для шести механизмов рассеяния электронов. Рассчитаны температурные зависимости подвижности электронов в диапазоне 30-300 K. Результаты, полученные с помощью близкодействующих моделей рассеяния, лучше согласуются с экспериментом, чем в случае использования дальнодействующих моделей. Впервые получены свойства переноса электронов с использованием близкодействующих моделей, в основе которых лежат рассчитанные из первых принципов с помощью проекционных присоединенных волн самосогласованные собственные функции и потенциалы.