Mg 相关的 GaN 蓝光发光深能级是否为 MgO 表面态？
材料科学
2025-09-09 v3
摘要
Mg 是目前 GaN 中唯一用于技术的 p 型掺杂剂。其进入 GaN 晶格十分困难，需要热处理且仅部分激活 Mg。实现中等 p 型掺杂需高剂量 Mg，而大部分保持未激活。因此高 p 型掺杂通常以一定晶格畸变和缺陷产生为代价。利用低温表面光电压谱，我们获得了 Mg 掺杂 GaN 带隙内宽范围的光学跃迁谱。结果揭示了从价带到一个位于价带上方约 0.49 eV 深陷阱的光学跃迁，以及看似从同一陷阱到导带的互补跃迁，后者能量为 2.84 eV（与著名的 Mg 相关 GaN 蓝光发光能量重合）。谱形相似、在 GaN 带隙内能量互补且性质相反（空穴 vs. 电子陷阱）似乎不止是巧合，表明这是一个 Mg 相关表面态。我们计算该表面态的电荷密度约为 2x10^12 cm-2。我们推测这些少量表面偏析的 Mg 在生长过程中部分氧化，并在后续 Mg 激活热处理中进一步氧化。这一微量氧化表面 Mg 应足以形成 Mg 相关表面态。用 HCl 刻蚀 GaN 被证明会影响蓝光发光相关能量处的光电压。最后，我们展示纯 MgO 粉末即使在绝对无 GaN 的情况下也产生相同的蓝光发光。
引用
@article{arxiv.2309.17212,
title = {Is the Mg-related GaN blue luminescence deep-level an MgO surface state?},
author = {Or Haim Chaulker and Yury Turkulets and Ilan Shalish},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.17212},
year = {2025}
}
备注
Extended the discussion