电场对纤锌矿 GaN 热导率的影响

氮化镓 (GaN) 作为一种宽禁带半导体，因其高电子迁移率和高击穿电压已广泛应用于功率电子器件。其相对较高的热导率使 GaN 成为此类应用的优选材料，其中散热对器件效率与长期稳定性是主要关切。然而，在 GaN 基晶体管中，有源区可承受极强电场，而电场对热输运性质的影响迄今鲜受关注。本工作中，我们应用第一性原理方法，研究沿不同晶向施加近击穿电场时纤锌矿 GaN 的声子性质。我们发现，尽管电场对声子色散影响甚微，但其通过影响键刚度、离子性以及晶体对称性显著改变了热导率。面外电场的存在提高（降低）平行于（垂直于）电场的热导率，这归因于 Ga-N 键刚度与离子性的不同变化。当施加面内电场时，各方向热导率的显著下降归因于破坏晶体对称性从而增强了声子-声子散射。我们的研究为极端外电场对宽禁带半导体中声子输运性质的影响提供了见解。