低電阻率p型氮化鎵材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低電阻率P型氮化鎵材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)綠色發(fā)光二極管(LED)在顯示、控制和通訊領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用，已成為當(dāng)前全彩色顯示以及交通信號(hào)標(biāo)志中不可缺少的元件。藍(lán)光激光二極管(LD)用于高密度存儲(chǔ)光盤比用紅光激光二極管存儲(chǔ)密度提高近四倍，能更好的滿足信息時(shí)代的需求。此外，藍(lán)光激光二極管在醫(yī)療診斷、海底探潛等方面也有很大的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]但是，為了得到較長的發(fā)光波長，藍(lán)綠光LED和LD的有源區(qū)都采用比較高銦組分的多量子阱結(jié)構(gòu)(一般銦組分要大于20%)。高銦組分銦鎵氮在高溫下不穩(wěn)定，后續(xù)高溫生長P型氮化鎵會(huì)造成銦鎵氮量子阱的分解，衰減LED及LD的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。所以，為了保護(hù)高銦組分量子阱，實(shí)現(xiàn)高性能藍(lán)綠光LED和LD，必須采用較低的生長溫度生長P型氮化鎵層。然而低溫生長的P型氮化鎵層一般電阻率較高，空穴濃度偏低。到目前為止，這仍然是限制藍(lán)綠光LED和LD發(fā)展的障礙。
[0004]—般來說，造成P型氮化鎵電阻率高的原因有兩個(gè)，一個(gè)是受主難電離，Mg雜質(zhì)的電離能高達(dá)150meV，室溫下電離率只有I %左右，造成空穴濃度較低。并且Mg受主經(jīng)常被氫原子鈍化，形成中性的Mg-H絡(luò)合物。另外一個(gè)是P型氮化鎵材料中受主補(bǔ)償作用嚴(yán)重，研究發(fā)現(xiàn)除高摻鎂導(dǎo)致的自補(bǔ)償外，缺陷導(dǎo)致的受主補(bǔ)償也是非常重要的。
[0005]通常情況下，為了減低P型氮化鎵材料的電阻率，會(huì)對(duì)外延片進(jìn)行高溫退火，目的是使Mg-H絡(luò)合物分解，使Mg受主激活。然而我們最近研究發(fā)現(xiàn)，氫除了可以和Mg形成絡(luò)合物夕卜，還可能與常見的缺陷，例如氮空位結(jié)合。由于在GaN材料中缺陷密度非常高，而且氮空位在P型氮化鎵中顯施主特性，是有效的受主補(bǔ)償中心，所以氮空位等缺陷的存在會(huì)造成P型氮化鎵材料電阻率升高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問題
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種低電阻率P型氮化鎵材料的制備方法，通過用氫雜質(zhì)鈍化施主缺陷的方法以減輕P型氮化鎵中受主補(bǔ)償作用，達(dá)到降低P型氮化鎵材料電阻率的目的。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種低電阻率P型氮化鎵材料的制備方法，該方法包括:步驟1:對(duì)襯底升溫，在氫氣環(huán)境下熱處理，去除襯底表面的雜質(zhì)；步驟2:在襯底上生長低溫成核層，為后續(xù)生長材料提供成核中心；步驟3:在低溫成核層上生長一層非故意摻雜模板層;步驟4:在非故意摻雜模板層上低溫外延生長一層具有氫雜質(zhì)濃度的P型氮化鎵層，形成外延片;步驟5:在氮?dú)猸h(huán)境下，將外延片高溫退火使P型氮化鎵層中受主激活，同時(shí)防止氫與缺陷形成的絡(luò)合物分解，得到低電阻率P型氮化鎵材料。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種低電阻率P型氮化鎵材料，該材料由下到上依次包括襯底、低溫成核層、非故意摻雜模板層和低溫生長具有氫雜質(zhì)濃度的P型氮化鎵層，其中，對(duì)襯底升溫，在氫氣環(huán)境下熱處理，去除襯底表面的雜質(zhì)，在襯底上生長低溫成核層，為后續(xù)生長材料提供成核中心，在低溫成核層上生長一層非故意摻雜模板層，在非故意摻雜模板層上低溫外延生長一層具有氫雜質(zhì)的P型氮化鎵層，使氫雜質(zhì)可以與施主缺陷形成絡(luò)合物，鈍化施主，在氮?dú)猸h(huán)境下，將生長得到的外延片高溫退火使P型氮化鎵層中受主激活，同時(shí)防止氫與缺陷形成的絡(luò)合物分解，得到低電阻率P型氮化鎵材料。
[0011](三)有益效果
[0012]與以往的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:1、本發(fā)明提供的低電阻率P型氮化鎵材料的制備方法，通過用氫雜質(zhì)鈍化施主缺陷的方法減輕受主補(bǔ)償作用，達(dá)到降低P型氮化鎵材料電阻率的目的。2、利用本發(fā)明提供的P型氮化鎵材料的制備方法制備的低溫生長的P型氮化鎵材料，具有較低的電阻率。應(yīng)用于藍(lán)綠光發(fā)光二極管和激光器結(jié)構(gòu)中，可以降低器件的串聯(lián)電阻和開啟電壓，并可以有效的保護(hù)高銦組分銦鎵氮量子阱結(jié)構(gòu)，提高藍(lán)綠光器件的發(fā)光強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明提供的低電阻率P型氮化鎵材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明提供的低電阻率P型氮化鎵材料的制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]圖1示出了本發(fā)明提出的一種低電阻率P型氮化鎵材料的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該低電阻率P型氮化鎵材料由下到上依次包括襯底10、低溫成核層11、非故意摻雜模板層12和低溫生長具有一定氫雜質(zhì)濃度的P型氮化鎵層13。其中:該襯底10為藍(lán)寶石襯底或碳化硅襯底或氮化鎵襯底。低溫成核層11制作在襯底10上，其材料為氮化鎵或氮化鋁，生長溫度為500-6001，厚度為20-3011111，該低溫成核層11為后續(xù)生長材料提供成核中心。非故意摻雜模板層12制作在低溫成核層11上，其生長溫度為1040°C，厚度為2μπι，該非故意摻雜模板層12用于減少外延層位錯(cuò)密度。低溫生長的具有一定氫雜質(zhì)濃度的P型氮化鎵層13制作在非故意摻雜模板層12上，其是以鎂作為受主摻雜劑，空穴濃度在I X 117Cnf3-1 X 118Cnf3，生長溫度為900-1000°C。
[0017]其中該低電阻率P型氮化鎵材料是利用MOCVD設(shè)備，并用三甲基鎵和氨氣作為鎵源和氮源，以氫氣、氮?dú)饣虻獨(dú)馀c氫氣的混合氣為載氣生長的；
[0018]基于圖1所示的低電阻率P型氮化鎵材料，圖2示出了一種低電阻率P型氮化鎵材料的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0019]步驟1:將一襯底10升溫，在氫氣環(huán)境下熱處理，去除襯底表面的雜質(zhì)。所述襯底的材料為藍(lán)寶石、碳化硅或氮化鎵，所述襯底升溫的溫度為1080°C;
[0020]步驟2:在襯底10上生長一層低溫成核層11，該低溫成核層生長溫度為500-600°C，厚度為20-30nm，所述低溫成核層11的材料為氮化鎵或氮化鋁，該低溫成核層11為后續(xù)生長材料提供成核中心；
[0021 ]步驟3:在低溫成核層11上生長一層非故意摻雜模板層12，所述非故意摻雜模板層12的材料為氮化鎵，該非故意摻雜模板層12的生長溫度為1040°C，厚度為2μπι，該非故意摻雜模板層12可以用于減少外延層位錯(cuò)密度，并作為下一步外延生長的模板；
[0022]步驟4:在非故意摻雜模板層12上低溫外延生長一層具有一定氫雜質(zhì)濃度的