А.В. Хотеева1, Д.Р. Сабитов2, А.А. Мармалюк3

1–3 АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха» (Москва, Россия)
1,3 Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (Москва, Россия)
1 1132236558@yandex.ru, 2 damsab@mail.ru, 3 MarmalyukAA@niipolyus.ru

Постановка проблемы. Легирование эпитаксиальных слоев (ЭС) p-GaN и твердых растворов p-AlxGa1-xN примесью магния осложняется эффектом самокомпенсации, связанным с появлением донорных состояний в запрещенной зоне при определенной концентрации вносимых атомов акцептора. На основании полученных методом фотолюминесценции спектров можно отслеживать появление самокомпенсации в ЭС (Al)GaN:Mg и устанавливать оптимальные расходы вводимой примеси магния, позволяющие получить относительно высокую концентрацию основных носителей заряда.

Цель. Исследовать зависимость концентрации носителей заряда в GaN:Mg и Al0,2Ga0,8N:Mg от расходов вводимой примеси Mg, определить оптимальные расходы легирующей примеси и изучить особенности фотолюминесцентных спектров полученных ЭС.

Результаты. Измерены спектры фотолюминесценции образцов GaN:Mg и Al0,2Ga0.8N:Mg, отличающихся расходами легирующей примеси. На основании спектров фотолюминесценции можно определить оптимальные условия формирования ЭС
p-(Al)GaN, при которых не возникает эффект самокомпенсации, негативно влияющий на концентрацию носителей заряда.

Практическая значимость. Контроль самокомпенсации методом фотолюминесцентной спектроскопии позволяет создавать ЭС p-(Al)GaN высокого качества, пригодные для изготовления приборов оптоэлектроники.

Хотеева А.В., Сабитов Д.Р., Мармалюк А.А. Особенности фотолюминесцентных спектров эпитаксиальных слоев (Al)GаN, легированных магнием // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2025. Т. 17. № 2. С. 48–54. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j22250980-202502-05

1. Wang H., Chen A.B. Calculation of shallow donor levels in GaN. Journal of Applied Physics. 2000. V. 87. № 11. P. 7859–7863.
2. Sang L. et al. Al-rich AlGaN semiconductor materials and their device applications. Ultra-Wide Bandgap Semiconductor Materials. Elsevier. 2019. P. 1–110.
3. Yan L. et al. Polarization-induced hole doping in N-polar III-nitride LED grown by metalorganic chemical vapor deposition. Applied Physics Letters. 2018. V. 112. №. 18.
4. Hasan M.S. et al. Analytical investigation of activation energy for Mg-doped p-AlGaN. Optical and Quantum Electronics. 2020. V. 52. P. 1–10.
5. Kakanakova-Georgieva A. et al. Incorporation of Magnesium into GaN Regulated by Intentionally Large Amounts of Hydrogen during Growth by MOCVD. Physica status solidi (b). 2022. V. 259. № 10. P. 2200137.
6. Li, D., Jiang, K., Sun, X., Guo, C. AlGaN photonics: recent advances in materials and ultraviolet devices. Advances in Optics and Photonics. 2018. V. 10(1). P. 43.
7. Xiaowei Z. et al. Growth and electrical properties of high-quality Mg-doped p-type Al0.2Ga0.8N films. Journal of Semiconductors. 2009. V. 30. № 4. P. 043002.
8. Yan Q. et al. Role of nitrogen vacancies in the luminescence of Mg-doped GaN. Applied Physics Letters. 2012. V. 100. № 14.
9. Nayak S., Gupta M., Waghmare U.V., Shivaprasad, S.M. Origin of Blue Luminescence in Mg -Doped GaN. Physical Review Applied. 2019.
10. Lachab M. et al. Characterization of Mg-doped GaN grown by metalorganic chemical vapor deposition. Solid-State Electronics. 2000. V. 44. № 9. P. 1669–1677.
11. Kaufmann U. et al. Nature of the 2.8 eV photoluminescence band in Mg doped GaN. Applied physics letters. 1998. V. 72. № 11. P. 1326–1328.
12. Qu B.Z. et al. Photoluminescence of Mg-doped GaN grown by metalorganic chemical vapor deposition. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2003. V. 21. № 4. P. 838–841.
13. Shahedipour F., Wessels B.W. On the origin of the 2.8 eV blue emission in p-type GaN: Mg: A time-resolved photoluminescence investigation. MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research. 2001. V. 6. № 1. P. 12.
14. Wang J. et al. Investigation on minority carrier lifetime, diffusion length and recombination mechanism of Mg-doped GaN grown by MOCVD. Journal of Alloys and Compounds. 2021. V. 870. P. 159477.
15. Kim K., Harrison J.G. Critical Mg doping on the blue-light emission in p-type GaN thin films grown by metal-organic chemical-vapor deposition. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2003. V. 21. № 1. P. 134–139.
16. Wang J. et al. Origin of blue luminescence in Mg-doped GaN. AIP Advances. 2021. V. 11. № 3. P. 035131.
17. Nayak S. et al. Origin of blue luminescence in Mg-doped GaN. Physical Review Applied. 2019. V. 11. № 1. P. 014027.
18. Kinoshita T. et al. High p-type conduction in high-Al content Mg-doped AlGaN. Applied Physics Letters. 2013. V. 102. № 1.
    P. 012105.
19. Suzuki M. et al. Photoluminescence and excitation spectrum of Mg-doped p-type AlXGa1–XN. Physica status solidi c. 2009. V. 6. № S2 2. P. S759–S762.
20. Nakarmi M.L. et al. Photoluminescence studies of impurity transitions in Mg-doped AlGaN alloys. Applied Physics Letters. 2009. V. 94. № 9. P. 091903.
21. Makela J. et al. Comparison of chemical, electronic, and optical properties of Mg-doped AlGaN. The Journal of Physical Chemistry C. 2016. V. 120. № 50. P. 28591–28597.
22. Xu Q. J. et al. Mg acceptor activation mechanism and hole transport characteristics in highly Mg-doped AlGaN alloys. Chinese Physics B. 2020. V. 29. № 5. P. 058103.