碳硅共掺氮化铝的高效p型掺杂策略与实验成果

本文主要探讨了碳硅共掺氮化铝的p型掺杂效率的研究，发表于2011年的《深圳大学学报理工版》第28卷第2期。研究者采用碳受主和硅施主共掺杂的技术来制备具有低电阻率的p型氮化铝晶体，这是一种宽禁带半导体材料，因其6.2eV的直接带隙适合作为深紫外固态光源的基材。氮化铝在医疗领域有广泛应用，如消毒、净化和紫外线照射等。 通过第一性原理计算，研究发现碳硅在氮化铝中形成的Cn-Si（n=1,2,3,4）络合物是稳定的，特别是C2-Si络合物中的碳受主电离能仅为0.19eV，相较于单独的碳受主降低了0.28eV，这表明共掺杂能够有效降低碳受主的电离能，有利于提高p型掺杂效率。实验结果显示，采用碳硅共掺杂方法成功制备出了空穴浓度高达1.4×10^14 cm^-3，迁移率高达52 cm^2/(V·s)的p型氮化铝晶体，这是当时的一个重要突破，因为之前p型氮化铝的空穴浓度通常只有10^10 cm^-3级别。 然而，以往的共掺杂尝试如C和O或Mg和O并未取得理想效果，主要是因为氧原子和铝原子之间的强结合使得杂质难以去除。而碳硅共掺杂则解决了这一问题，它提供了一种更有效的掺杂途径，为改善氮化铝的p型性能提供了新的可能性。这项研究对于氮化铝在半导体器件应用中性能的提升具有重要意义，为后续的材料优化和器件设计提供了理论依据。