本征的半导体是电的不良导体,通常需要进行电子(n型)掺杂或者空穴(p型)掺杂来实现其不同电性的材料,从而实现半导体双极PN结材料器件、单极n型材料器件或单极p型材料器件。
在氮化物半导体中,通常采用的是镁(Mg)等Ⅱ价元素来作为p型掺杂材料,Mg替位镓(Ga)、铝(Al)或者铟(In)等在铝铟镓氮(AlInGaN)中实现p型氮化物半导体。在分子束外延中可以直接使用Mg单质进行p型掺杂,在金属有机物化学气相沉积中一般使用Mg的有机化合物,如二茂镁等进行掺杂。
氮化物及一些宽带隙的材料,如碳化硅(SiC)和金刚石等,它们往往具有很高的激活能,导致p型材料实现困难,严重影响了双极半导体器件的发展。在氮化物发展过程中,p型掺杂的实现是重要的里程碑事件。首先是由日本大学的赤崎勇和天野浩通过掺杂Mg,并采用低能电子辐照实现了p型氮化镓材料,然后由日本日亚化学工业株式会社的中村修二通过高温热退火实现了产业化生产技术的突破,为最终实现了激光器和发光二极管等光电子以及异质结双极晶体管等双极器件的大规模产业化进程提供了必要的基础条件,使得半导体照明、激光显示和微波功率应用等成为可能。