厦大蔡端俊教授课题组在实验上第一次成功获得二维半导体h-BN的n型导电

2022年6月3日，Nature Communications期刊刊出了厦门大学物理科学与技术学院蔡端俊教授课题组、康俊勇教授团队发表的题为“Towardsn-Type Conductivity in Hexagonal Boron Nitride”的最新研究成果论文。该论文建立了一套调控超宽禁带二维半导体导电类型的理论和掺杂技术，提出牺牲性杂质的轨道耦合技术，以调控二维六方氮化硼（h-BN）中的施主能级浅能化，在实验上第一次成功获得二维半导体h-BN的n型导电。该研究为解决宽禁带半导体中n、p型导电严重不对称的根本性难题，开发新型二维光电器件，提出了创新见解和技术路线。

pn结是构筑光电子器件的重要基本结构。宽禁带半导体（如AlN、GaN、h-BN等）天然就存在着，严重的p、n型掺杂不对称和电导不对称的根本性难题。也就是说，一旦其n型导电容易获得，p型导电则非常困难，反之亦然。对于近年来受到广泛关注的新型超宽带隙（> 6 eV）h-BN半导体，p型导电较早就已实现，但n型导电问题至今一直无法获得突破。

蔡端俊教授课题组最近在研究中发现，h-BN中的传统n型施主杂质能级（如Ge）在禁带中位置都很深，是导致其难以电离激活导电的本质原因；因此提出了，如果能附加引入另一个牺牲性配位杂质，与Ge的轨道进行耦合，则可能调控其杂质能级位置，甚至使其位置变浅。实际探索中发现，O杂质符合了该牺牲性杂质的特征，利用O的2p_z轨道与Ge的4p_z轨道之间强烈的耦合作用，可引发π键和π*键能级的分裂，由于系统能级总能的守恒，当通过分裂产生其中一个牺牲性的、更深的能级，则可以有效地将另一个施主能级推高，致使其成为极浅的能级，离化能可减小至接近0 meV而获得有效导电。