AlN的n型及p型掺杂

对于深紫外器件，AlGaN材料的p型掺杂就是已经很难了。对于AlN材料的掺杂，那就更难了，本文浅谈下基于纳米线（NW）的AlN材料的掺杂，实现n型AlN掺杂5E17cm−3，p型AlN掺杂采用的是mg/In共掺杂，并通过EBIC测试分析，评估了AlN的高效p型掺杂。

外延层生长采用MBE，具体结构如下：高导电的N型（111）-Si衬底上生长一个500 nm长的高导电性nGaN层，然后是一个150 nm的n型AlN层，一个30 nm的Ga掺杂AlN活性区，一个150 nm长的p型AlN层，和一个15 nm的p型GaN层。通过EDX测量，AlGaN活性区段的Ga含量极低，最高为1%。

利用电子束−诱导电流（EBIC）技术来评估电场的位置，并检查其与活动区域位置的匹配情况。

零偏置EBIC和CL线扫描如上图所示，从EBIC信号来看，pn结明显地位于AlN段的中间，电场达到一个与宽度在100 nm左右的空间电荷区对应的平台。在pn结突变的情况下，这这个宽度w表示为：

ND、NA为供体和受体浓度，Vbi为等于5.5 V的内置电压，以考虑掺杂剂的电离能。当损耗宽度为100 nm时，等效的Neff为5E17cm−3。这一结果给出了掺杂剂浓度的下限，并评估了AlN部分的一个显著有效的p型掺杂。

远离耗尽区，EBIC信号尺度为e -x/Ln.p，其中Ln，p为少数载流子扩散长度。因此，我们进行了拟合。p-AlN中电子的扩散长度为～80±10nm，n-AlN中空穴的扩散长度为～205±15nm，与其他AlGaN系统的扩散长度接近。EBIC和CL的相关性有利于在有源区注入载流子，从而使它们尽可能有效地重组，并在所需的波长发射光子,EQE为2*10-3%。

基于纳米线（NW）的异质结构，避免了扩展缺陷的形成，并增强了光的提取。此外，由于附近的自由表面允许弹性应变弛豫，掺杂剂的掺入被缓解。这种情况不同于AlGaN量子阱中Ga含量的组成，导致量子点（QD）类行为和强激子局域化。虽然掺杂Ga的AlN中定位中心的性质基本不同，但AlN矩阵中Ga原子的随机分布在AlN激子探测的尺度上导致了类似的类量子点行为。

本文主要提供一种基于纳米线的AlN的n型及p型掺杂的思路，主要在于拓展我们的思维，以及从EBIC角度进行分析，属于比较前沿的研究，是否会成为主流技术或者有效的解决方案还需再看。如果可以更好的解决AlN的n型及p型掺杂，将更好的实现远紫外以及极紫外等技术的进步，如极紫外光刻机的光源等。END

（说明：文字仅限技术交流，旨在促进行业进步。）

PEFERENCES：Vermeersch, R., et al. "Comprehensive Electro-Optical Investigation of a Ga-Doped AlN Nanowire LED for Applications in the UV-C Range." ACS Applied Nano Materials 6(15): 13945-13951.(2023).

来源：辛路 芯路说

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