氧化鎵晶體有效p型摻雜第一性原理研究.pdf

1、寬禁帶半導體材料由于其獨特的性質和廣泛的應用潛力已經成為當今最熱門的材料之一，其中β-Ga2O3晶體作為第四代寬禁帶半導體材料已經展示出了可以應用在許多領域的優(yōu)異性能，主要應用領域包括:高溫氣敏器件、深紫外光電器件和超高壓功率器件。為了能夠生長出質量較高、載流子濃度可控的n型和p型β-Ga2O3晶體，摻雜成為了一個重要的手段。經過多年研究，已經成功制備了n型半導體，并且可以實現載流子濃度在一定程度上的調控，然而p型半導體的制備仍是一大難

2、題，這也在一定程度上制約著β-Ga2O3基半導體器件的應用范圍。經過實驗和理論工作者們不斷的研究和討論，目前來看，造成p型摻雜困難的原因主要歸結為三個方面:(1)n型背景載流子的自補償效應;(2)缺少淺能級受主;(3)受主離子易鈍化。
　　本論文針對β-Ga2O3晶體有效p型摻雜的困難，采用第一性原理的方法，針對前兩個困難進行了探討，重點研究了本征缺陷對晶體導電性質的影響以及對淺能級受主雜質的探尋，在單金屬摻雜的基礎上還進一步考慮

3、了金屬-非金屬共摻的情況，從理論上為p型摻雜β-Ga2O3晶體的生長提出了一些可能的實現途徑。通過形成能的計算，分別確定了不同缺陷或者摻雜情況下的最優(yōu)構型，并針對最優(yōu)結構對其電學性質進行了較為詳細的研究。通過分析含有本征缺陷體系的態(tài)密度和能帶結構得出，Gai、GaO和GaiVO表現出n型導電特性，相反VGa、GaiVGa和OiVGa則屬于p型缺陷，而n型缺陷往往在富鎵缺氧的條件下容易引入，p型缺陷則在富氧缺鎵的條件下容易引入，因此我們認

4、為富氧條件下生長β-Ga2O3晶體則相對更容易得到p型半導體。針對p型淺能級受主雜質的探究中，我們通過對形成能及態(tài)密度的綜合分析得出Na、Mg、 Ca、Cu、Ag、 Zn和Cd均為潛在的p型雜質，這還需要后續(xù)的實驗進行進一步的研究。另外，對金屬-氮共摻的β-Ga2O3晶體的計算中發(fā)現，共摻后形成能相對于單摻雜時較低，并且由于電荷補償效應，其總體上均體現出p型導電的特性。因此，金屬-非金屬共摻可能是一種很好的解決晶體p型摻雜困難的有效方法