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高Al组分AlGaN半导体中的Mg杂质工程

Mg杂质工程在高Al组分的AlGaN半导体中的应用

摘要：AlGaN半导体由铝氮化物（AlN）和氮化镓（GaN）构成，具

有优异的电子特性，广泛应用于高功率电子设备和紫外光发射器件。然

而，高Al组分的AlGaN材料面临着诸多挑战，如固溶度差异、高晶格失

配等，限制了半导体器件的性能。杂质工程被引入到高Al组分AlGaN中

以克服这些问题并提高材料和器件的性能。

引言：

高Al组分的AlGaN材料在电子器件中具有重要的应用潜力，如高功

率输运和紫外光发射器件。然而，高Al含量导致了铝的过剩，使固溶度

限制了材料的生长质量和结构的稳定性。此外，高晶格失配水平也导致

了较大的应力和缺陷密度，限制了材料的载流子传输性能和辐射效率。

Mg作为典型的p型杂质被引入到高Al组分的AlGaN材料中，以改

善其电子特性。Mg杂质工程在高Al组分AlGaN中的应用可以通过三个

方面来实现：提高固溶度、减少晶格失配和改善载流子传输。

1.提高固溶度:

高Al组分的AlGaN材料由于铝的拓扑限制，导致了铝在晶格中的稳

定性下降，固溶度随之减小。通过Mg杂质工程Mg原子占据了Al原子

的位置，形成Mg-Al等效键，提高了铝在AlGaN晶格中的固溶度。Mg的

引入可以部分代替铝的位置，降低了固溶度的限制，同时提高了材料的

生长质量和晶体结构的稳定性。

2.减少晶格失配

高Al含量在AlGaN材料中引入了较大的晶格失配，导致了较高的应

力和缺陷密度。Mg杂质工程可以通过调控杂质浓度和分布，缓解晶格失

配，降低应力和缺陷密度。研究表明，适当的Mg杂质浓度可以调节莫尔

期间晶格参数，减少应力，提高材料的结晶质量和尺寸控制。

3.改善载流子传输

高Al组分的AlGaN材料由于晶格失配和固溶度限制，载流子传输速

度较低。Mg杂质工程可以调节材料的电子和空穴浓度，并改善载流子传

输性能。通过引入适量的Mg杂质，可以提高空穴浓度，减少击穿电场

提高载流子迁移率，从而提高材料的导电性能。

实验结果表明Mg杂质工程可以有效地改善高Al组分AlGaN材料

的电子特性。通过适当的Mg杂质浓度和分布，可以提高固溶度、减少晶

格失配和改善载流子传输，从而提高材料的生长质量、结晶质量和导电

性能。

结论：

Mg杂质工程在高Al组分的AlGaN材料中具有重要的应用潜力。通

过提高固溶度、减少晶格失配和改善载流子传输，可以有效地改善材料

的生长质量、结晶质量和导电性能。进一步研究Mg杂质工程对高Al组

分AlGaN材料的影响，将有助于提高材料和器件的性能，推动其在高功

率电子设备和紫外光发射器件中的广泛应用。