基于碳雜質(zhì)的氮化鋁第一性原理研究.pdf

1、氮化鋁(AlN)作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，其優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)等性能，使得AlN材料的應(yīng)用變得十分廣泛，但目前制備大尺寸、高質(zhì)量的AlN體單晶材料仍是一大挑戰(zhàn)。雖然，已有大量關(guān)于AlN摻雜性質(zhì)的研究，但是，高效、穩(wěn)定、可控的摻雜仍是現(xiàn)階段的一個(gè)難題。這些都阻礙了AlN基新型器件的發(fā)展，造成這種局面的原因有以下兩點(diǎn)。
　　第一，現(xiàn)階段的研究主要以軟件仿真為主，考慮的是理想情況。因?yàn)椋贏lN材料的實(shí)際制備過(guò)程中存在許多不可控因素

2、，所以，得到的數(shù)據(jù)會(huì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定的偏差。盡管如此，這些仿真數(shù)據(jù)仍是具有很大參考價(jià)值的，有它們作為研究基礎(chǔ)，就可以節(jié)省大量的人力、物力。在仿真實(shí)驗(yàn)中一般選擇32個(gè)原子或72個(gè)原子的AlN超晶胞模型作為研究對(duì)象，在單摻雜或共摻雜時(shí)，會(huì)將一個(gè)Al原子或N原子替換成相應(yīng)的雜質(zhì)原子，這種方式的摻雜與實(shí)際摻雜相比，摻雜濃度是偏高的，如若選擇更大的超晶胞模型就需要付出更大的計(jì)算代價(jià)。
　　第二，AlN制備過(guò)程中雜質(zhì)原子的問(wèn)題。目前，物理氣相

3、傳輸法(PVT)是制備高質(zhì)量、大尺寸AlN晶體的最有效途徑之一，也是使用較多的一種方法，但此種方法在制備過(guò)程中會(huì)有一些不可完全剔除的雜質(zhì)出現(xiàn)，比如O、C等。這些雜質(zhì)的存在會(huì)影響AlN本身的一些特性，如果我們能對(duì)這些雜質(zhì)加以分析、利用，將看似不利的因素變?yōu)橛欣蛩兀蜁?huì)大大提高AlN的制備效率，也更能發(fā)揮它的實(shí)用性。
　　關(guān)于O原子，已經(jīng)有大量的研究表明，它可以與堿金屬等元素共摻，從而實(shí)現(xiàn)AlN的p型摻雜;關(guān)于C原子，也有C-Si共

4、摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)AlN的p型摻雜。在半導(dǎo)體摻雜問(wèn)題的研究中，有一大限制因素:隨受主雜質(zhì)摻入的施主雜質(zhì)在生長(zhǎng)完成后很難從晶體中剔除，這會(huì)大大影響實(shí)際摻雜效率，而在以SiC為襯底生長(zhǎng)AlN晶體時(shí)，用C、Si摻雜就可以解決這一難題。C作為Ⅳ族元素，在AlN中摻雜時(shí)應(yīng)用也較為靈活，比如，用C原子替換一個(gè)Al原子屬于n型摻雜，用C原子替換一個(gè)N原子屬于p型摻雜，而C原子本身又是雜質(zhì)原子，因此，有關(guān)C原子摻雜AlN的一些特性問(wèn)題值得我們深入研究。