二维g-AlN材料中n型掺杂探索:基于第一性原理的带电缺陷计算

摘要

电荷转移能级和缺陷形成能的计算对探索半导体材料的n型和p型掺杂效率具有重要的指导意义.基于第一性原理方法,结合二维带电缺陷计算理论,系统计算了二维氮化铝中四种(CAl,SiAl,GeAl,SnAl)可能的n型掺杂体系的结构、磁学、电学以及缺陷性质.结果表明,四种体系的最稳定价态均为+1价和0价,SnAl具有较深的施主能级,不具备为二维g-AlN提供n型载流子的条件,而CAl,SiAl,GeAl表现为浅能级施主特性,均能在一定条件下成为理想的施主杂质,其中SiAl具有最浅的施主特性以及最低的缺陷形成能,因而是二维g-AlN中实现n型掺杂的首选掺杂剂.另外,在p型二维g-AlN中,四种掺杂原子都会成为有效的空穴捕获中心,严重降低p型载流子导电率.研究数据将会为实验上实现二维g-AlN n型掺杂提供理论解释和指导.