热壁MOCVD GaN的Mg掺杂与自由空穴特性

热壁金属有机化学气相沉积（MOCVD）此前已被证明能够实现优异的III族氮化物材料质量和高性能器件，本文探索了其在GaN的Mg掺杂中的应用。我们在较宽的掺杂范围（$2.45\times{10}^{18}~cm^{-3}$ 至 $1.10\times{10}^{20}~cm^{-3}$）内研究了Mg的掺入，并展示了在优化生长条件下具有低背景杂质浓度的GaN:Mg。从Ga过饱和的角度讨论了掺杂剂和杂质能级，这为解释生长条件对Mg受主掺入和补偿影响的复杂性提供了统一的概念。结合扫描透射电子显微镜（STEM）、X射线衍射（XRD）和表面形貌所揭示的扩展缺陷，并与霍尔效应和电容-电压（C-V）测量获得的电学性质相关联，对结果进行了分析。由此建立了热壁MOCVD生长GaN:Mg的全面图景，为根据目标应用优化生长参数提供指导。我们表明，与Mg受主相比，GaN:Mg中可实现显著更低的H浓度，且无需任何原位或生长后退火即可在自生长材料中获得p型电导率。生长后退火后获得了具有低电阻率和高自由空穴密度（分别为0.77 $\Omega$.cm和$8.4\times{10}^{17}~cm^{-3}$）的业界领先$p$-GaN层，证明了热壁MOCVD用于生长功率电子器件结构的可行性。