基于碳雜質(zhì)的氮化鋁第一性原理研究.pdf

1、氮化鋁(AlN)作為第三代半導體材料的典型代表，其優(yōu)良的電學、光學等性能，使得AlN材料的應用變得十分廣泛，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。
　　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。因為，在AlN材料的實際制備過程中存在許多不可控因素

2、，所以，得到的數(shù)據(jù)會與實驗數(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值的，有它們作為研究基礎，就可以節(jié)省大量的人力、物力。在仿真實驗中一般選擇32個原子或72個原子的AlN超晶胞模型作為研究對象，在單摻雜或共摻雜時，會將一個Al原子或N原子替換成相應的雜質(zhì)原子，這種方式的摻雜與實際摻雜相比，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算代價。
　　第二，AlN制備過程中雜質(zhì)原子的問題。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程中會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)的存在會影響AlN本身的一些特性，如果我們能對這些雜質(zhì)加以分析、利用，將看似不利的因素變?yōu)橛欣蛩兀蜁蟠筇岣逜lN的制備效率，也更能發(fā)揮它的實用性。
　　關于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，從而實現(xiàn)AlN的p型摻雜;關于C原子，也有C-Si共

4、摻雜來實現(xiàn)AlN的p型摻雜。在半導體摻雜問題的研究中，有一大限制因素:隨受主雜質(zhì)摻入的施主雜質(zhì)在生長完成后很難從晶體中剔除，這會大大影響實際摻雜效率，而在以SiC為襯底生長AlN晶體時，用C、Si摻雜就可以解決這一難題。C作為Ⅳ族元素，在AlN中摻雜時應用也較為靈活，比如，用C原子替換一個Al原子屬于n型摻雜，用C原子替換一個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C原子摻雜AlN的一些特性問題值得我們深入研究。