关于氮化物半导体掺杂研究取得了重大进展

美国物理学会Physical Review Letters（PRL）期刊2018年10月5日在线发表了北京大学物理学院宽禁带半导体研究中心和“新型半导体低维量子结构与器件”创新群体的最新研究成果“Unambiguous Identification of Carbon Location on the N Site in Semi-insulating GaN”。

III族氮化物（又称GaN基）宽禁带半导体具有一系列优异的物理、化学性质，是发展半导体照明、新一代移动通信、新一代通用电源、新能源汽车、固态紫外光源等不可替代的新型半导体材料。掺杂调控是氮化物半导体材料和器件发展的关键科学和技术问题。通过C掺杂获得半绝缘GaN是当前研制GaN基电子器件的主流方法。但作为IV族元素，C杂质在GaN中具有两性特征，既可替代N原子，也可替代Ga原子，或者与其他杂质和缺陷形成复合体，使GaN中C的掺杂机理非常复杂，成为近年来氮化物半导体电子材料和器件领域关注的焦点问题之一，确定C杂质在GaN中的晶格位置对于解决上述问题至关重要。

由沈波教授领导的北京大学宽禁带半导体研究团队与其合作者近期在这一问题上取得了重要进展。该团队与中科院苏州纳米所和中国科技大学等合作单位采用红外光谱和拉曼光谱技术，克服了GaN中强烈的剩余射线带相关反射区导致的测量难题，实验中观察到半绝缘GaN中与C有关的两个局域振动模，并结合第一性原理计算，给出了C杂质在GaN中替代N位的直接证据，解决了这一长期存在的争议问题。该成果对于理解和认识C杂质在AlN、BN、ZnO等其他六方对称化合物半导体材料中的掺杂行为亦具有重要的参考价值。

不同偏振下的拉曼光谱

北京大学博士生吴珊为该论文的第一作者，杨学林、沈波为该论文的共同通讯作者。合作者包括中科院苏州纳米所的石林老师、徐科老师，北大工学院的张青老师，中国科技大学的戚泽明老师，以及北京大学宽禁带半导体研究中心的数位老师和同学。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、2011协同创新中心、人工微结构和介观物理国家重点实验室等项目的资助。