CN101661878A - 一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法 - Google Patents

一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101661878A
CN101661878A CN200910192129A CN200910192129A CN101661878A CN 101661878 A CN101661878 A CN 101661878A CN 200910192129 A CN200910192129 A CN 200910192129A CN 200910192129 A CN200910192129 A CN 200910192129A CN 101661878 A CN101661878 A CN 101661878A
Authority
CN
China
Prior art keywords
source
double
type gan
growth
doped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910192129A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101661878B (zh
Inventor
江灏
陈计林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sun Yat Sen University
National Sun Yat Sen University
Original Assignee
National Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Sun Yat Sen University filed Critical National Sun Yat Sen University
Priority to CN2009101921296A priority Critical patent/CN101661878B/zh
Publication of CN101661878A publication Critical patent/CN101661878A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101661878B publication Critical patent/CN101661878B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，包括以下步骤：①在置于反应腔中的衬底上依次生长出低温缓冲层和高温缓冲层；②采用双元素delta掺杂法在所述高温缓冲层上生长p型GaN基层材料，掺杂杂质的元素为Mg、Zn或Mg、O或Mg、Si；③采用热退火方法对杂质元素进行激活。本发明所提供的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，能显著抑制Mg杂质的自补偿效应，同时能够获得高质量的、高空穴浓度的P型GaN基材料。

Description

一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法
技术领域
本发明涉及GaN材料的制备技术领域，尤其涉及一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法。
背景技术
GaN是继第一代硅、锗和第二代砷化镓、磷化铟等材料以后的第三代新型半导体材料。GaN基材料具有带隙宽、发光效率高、电子漂移饱和速度高、热导率高、硬度大、介电常数小，化学性质稳定及抗辐射、抗高温异质结界面二维电子气浓度高等特性，成为制造高功率、高频电子器件、短波长光电子器件、高温器件和抗辐照器件最重要的半导体材料，被誉为第三代半导体材料。
GaN材料以及基于GaN材料的各种器件虽然在近十年中得到了系统和深入的研究。但现在仍然面临着许多的问题，GaN基材料的p型掺杂技术始终没有很好的解决。目前在GaN基材料中普遍使用的P型掺杂杂质是Mg，由于Mg自身具有较高的电离能，同时Mg杂质的自补偿效应比较明显，因而通常掺Mg-GaN基材料的空穴浓度只有1017～1018cm-3，迁移率尚不到10cm2/V·s，掺杂效率只有0.1％～1％，不能很好满足器件要求，即Mg被单独作为P型掺杂剂时，难于获得高质量、高空穴浓度P型GaN基材料。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种能显著抑制Mg杂质的自补偿效应的，能够获得高质量的、高空穴浓度的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，包括以下步骤：
①在置于反应腔中的衬底上依次生长出低温缓冲层和高温缓冲层；
②采用双元素delta掺杂法在所述高温缓冲层上生长p型GaN基层材料，掺杂杂质的元素为Mg、Zn或Mg、0或Mg、Si；
③采用热退火方法对杂质元素进行激活。
由于目前GaN基材料和衬底失配较大，所以在协调衬底与GaN晶格失配问题上需要缓冲层技术来解决。此外，选择Mg、Zn或Mg、O或Mg、Si作为掺杂杂质，采用Mg、Zn共掺杂时，Zn原子可以降低H的溶解度来提高Mg受主的激活率；而采用Mg、0或者Mg、Si共掺杂时，可以使受主能级降低施主能级升高产生更高的空穴浓度。因此，当双元素共掺杂这种方法被用于delta掺杂工艺时，Mg杂质的自补偿效应可得到有效减少，从而可以大大提高P型掺杂的空穴浓度。
此外受主原子Mg和残留的原子H会形成Mg-H复合体，这种复合体会导致了Mg的钝化效应，通过高温退火可使Mg-H键断开，激活受到钝化的受主Mg。
而步骤②中，所述的掺杂杂质元素Mg、Zn或Mg、O或Mg、Si，其中，Mg元素为主要掺杂元素，Zn或O或Si元素为辅助掺杂元素，主要掺杂元素与辅助掺杂元素的比控制在300～1000之间，适量的辅助掺杂元素可以提高P型掺杂的空穴浓度。分别使用CP2Mg、DEZn、O2、SiH4作为Mg源、Zn源、O源，Si源。此外，所述双元素delta掺杂是在温度为700℃-1200℃条件下，进行50-300个周期的生长，每个周期包含以下步骤：
1)通入N源，Ga基三族源，生长GaN基非故意掺杂层；
2)切断三族源20-45s，使所述GaN基非故意掺杂层表面跟NH3充分接触；
3)通入主要掺杂元素Mg和辅助掺杂元素Zn或O或Si元素，20-35s。
掺杂时须停止通入三族源，这一过程抑制了GaN基外延层位错的攀沿，可以减小GaN基材料的位错密度。
步骤1)中，采用NH3、TMGa、TMAl、TMIn分别作为N源、Ga源、Al源、In源，采用H2作为载气生长GaN基非故意掺杂层，所述Ga基三族源为Ga源、Al源以及In源。
步骤①中，采用MOCVD方法生长所述低温缓冲层、高温缓冲层和p型GaN基材料，所述反应腔为MOCVD反应腔，所述低温缓冲层和高温缓冲层生长温度范围分别为：500℃-650℃、1080℃-1200℃。
步骤③中，热退火是在N2环境下进行的，退火温度为500℃～950℃，退火时间为30s-600s。
与现有技术相比，本发明的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，在使用delta掺杂法法生长P型GaN基材料时，掺入两种掺杂杂质，Mg元素为主要掺杂元素，Zn或O或Si元素为辅助掺杂元素，能够显著的抑制Mg杂质的自补偿效应，解决了Mg被单独作为P型掺杂剂的难于获得高质量、高空穴浓度P型GaN基材料的难题。
附图说明
图1为本发明的双元素delta掺杂生长的P型GaN基材料的结构示意图；
图2为实施例中双元素delta掺杂实施方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
本发明采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法，生长所述的衬底、低温缓冲层、高温缓冲层以及GaN基材料，所用的衬底是洁净包装、无需清洗的(0001)晶向的C面蓝宝石衬底，表面粗糙度小于0.1nm。
如图1及图2所示，采用NH3、TMGa分别作为N源、Ga源，采用H2作为载气，在MOCVD反应腔首先将蓝宝石衬底温度加热至550℃，在蓝宝石衬底上长出一层0.1um的低温缓冲层，材质为GaN。紧接着加热蓝宝石衬底温度至1050℃，在所述低温缓冲层上生长一层1um的高温缓冲层，材质为GaN。
其次，保持蓝宝石衬底温度在1050℃，在高温缓冲层上表面使用双元素delta掺杂法生长200个周期的P型GaN材料，即图1所示的delta掺杂部分。每个周期包含如下三个步骤：
1)通入N源，Ga基三族源(Ga源、Al源、In源)，生长10nm的GaN非故意掺杂层，其中采用NH3、TMGa分别作为N源、Ga源，采用H2作为载气；
2)切断Ga基三族源35s，使所述GaN非故意掺杂层表面跟NH3充分接触；
3)通入主要掺杂元素Mg源和辅助掺杂元素Zn源或O源或Si源30s。主要掺杂元素与辅助掺杂元素的比控制在1000左右。分别使用CP2Mg、DEZn、O2、SiH4作为Mg源、Zn源、O源，Si源。
在进行上面三个步骤后，切断掺杂杂质源，重新通入Ga源生长GaN层，如此重复200个周期。双元素Delta掺杂法可以减小GaN基外延层的位错密度，其原因在于在掺杂时须停止通入三族源，这一过程抑制了GaN基外延层位错的攀沿，从而减小了GaN基材料的位错密度。
最后，在生长结束后，采用热退火方法对杂质进行激活，退火是在N2环境下进行的，退火温度为800℃，退火时间为300s。
以上双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1、一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
①在置于反应腔中的衬底上依次生长出低温缓冲层和高温缓冲层；
②采用双元素delta掺杂法在所述高温缓冲层上生长p型GaN基层材料，掺杂杂质的元素为Mg、Zn或Mg、O或Mg、Si；
③采用热退火方法对杂质元素进行激活。
2、根据权利要求1所述的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，其特征在于：步骤②中，所述的掺杂杂质元素Mg、Zn或Mg、O或Mg、Si，其中，Mg元素为主要掺杂元素，Zn或O或Si元素为辅助掺杂元素，主要掺杂元素与辅助掺杂元素的比在300～1000之间。
3、根据权利要求2所述的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，其特征在于：所述的掺杂杂质分别使用CP2Mg、DEZn、O2、SiH4作为Mg源、Zn源、O源，Si源。
4、根据权利要求3所述的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，其特征在于：步骤②中，所述双元素delta掺杂是在温度为700℃-1200℃条件下，进行50-300个周期的生长，每个周期包含以下步骤：
1)通入N源，Ga基三族源，生长GaN基非故意掺杂层；
2)切断三族源20-45s，使所述GaN基非故意掺杂层表面跟氨气充分接触；
3)通入主要掺杂元素Mg和辅助掺杂元素Zn或O或Si元素，通入时间为20-35s。
5、根据权利要求4所述的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，其特征在于：步骤1)中，采用NH3、TMGa、TMAl、TMIn分别作为N源、Ga源、Al源、In源，采用H2作为载气生长GaN基非故意掺杂层，所述Ga基三族源为Ga源、Al源、以及In源。
6、根据权利要求1所述的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，其特征在于：步骤①中，采用MOCVD方法生长所述低温缓冲层、高温缓冲层和p型GaN基材料，所述反应腔为MOCVD反应腔。
7、根据权利要求6所述的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，其特征在于：所述低温缓冲层和高温缓冲层生长温度范围分别为：500℃-650℃、1080℃-1200℃。
8、根据权利要求1所述的双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法，其特征在于：热退火是在N2环境下进行的，退火温度为500℃-950℃，退火时间为30s-600s。
CN2009101921296A 2009-09-08 2009-09-08 一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法 Expired - Fee Related CN101661878B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101921296A CN101661878B (zh) 2009-09-08 2009-09-08 一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101921296A CN101661878B (zh) 2009-09-08 2009-09-08 一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101661878A true CN101661878A (zh) 2010-03-03
CN101661878B CN101661878B (zh) 2011-07-06

Family

ID=41789807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009101921296A Expired - Fee Related CN101661878B (zh) 2009-09-08 2009-09-08 一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101661878B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102227008A (zh) * 2011-05-18 2011-10-26 湘能华磊光电股份有限公司 LED芯片的P型GaN层的制备方法
CN102244135A (zh) * 2011-07-05 2011-11-16 中山大学 一种pin倒置结构紫外雪崩光电探测器及其制备方法
CN102820368A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 中山大学 三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法
CN102820369A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 中山大学 一种三族氮化物基光电晶体管及其制备方法
CN102903615A (zh) * 2012-10-18 2013-01-30 中山大学 一种p型GaN与AlGaN半导体材料的制备方法
CN103824913A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 合肥彩虹蓝光科技有限公司 一种Mg掺杂P型GaN外延生长方法
CN103996759A (zh) * 2014-06-13 2014-08-20 湘能华磊光电股份有限公司 Led外延层生长方法及led外延层
CN106449811A (zh) * 2016-10-28 2017-02-22 华南理工大学 生长在GaAs衬底上n‑InGaAs薄膜及其制备方法
CN106784184A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 湘能华磊光电股份有限公司 复合P型GaN层的LED外延结构及其制备方法
US9780255B2 (en) 2012-11-19 2017-10-03 Genesis Photonics Inc. Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same
CN107808916A (zh) * 2017-10-09 2018-03-16 浙江帅康电气股份有限公司 Led晶元及其制备方法和led灯
CN108987256A (zh) * 2018-07-10 2018-12-11 中山大学 p型AlGaN半导体材料生长方法
CN111276560A (zh) * 2020-02-14 2020-06-12 扬州乾照光电有限公司 砷化镓太阳电池及其制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1993807B (zh) * 2004-08-06 2010-05-05 住友电气工业株式会社 形成p型半导体区域的方法及半导体元件

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102227008A (zh) * 2011-05-18 2011-10-26 湘能华磊光电股份有限公司 LED芯片的P型GaN层的制备方法
CN102244135A (zh) * 2011-07-05 2011-11-16 中山大学 一种pin倒置结构紫外雪崩光电探测器及其制备方法
CN102820369B (zh) * 2012-08-30 2014-10-29 中山大学 一种三族氮化物基光电晶体管及其制备方法
CN102820368A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 中山大学 三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法
CN102820369A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 中山大学 一种三族氮化物基光电晶体管及其制备方法
CN102820368B (zh) * 2012-08-30 2014-12-03 中山大学 三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法
CN102903615A (zh) * 2012-10-18 2013-01-30 中山大学 一种p型GaN与AlGaN半导体材料的制备方法
CN102903615B (zh) * 2012-10-18 2018-02-06 中山大学 一种p型GaN与AlGaN半导体材料的制备方法
US9780255B2 (en) 2012-11-19 2017-10-03 Genesis Photonics Inc. Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same
CN103824913A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 合肥彩虹蓝光科技有限公司 一种Mg掺杂P型GaN外延生长方法
CN103824913B (zh) * 2014-03-12 2016-08-24 合肥彩虹蓝光科技有限公司 一种Mg掺杂P型GaN外延生长方法
CN103996759A (zh) * 2014-06-13 2014-08-20 湘能华磊光电股份有限公司 Led外延层生长方法及led外延层
CN106449811A (zh) * 2016-10-28 2017-02-22 华南理工大学 生长在GaAs衬底上n‑InGaAs薄膜及其制备方法
CN106784184A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 湘能华磊光电股份有限公司 复合P型GaN层的LED外延结构及其制备方法
CN107808916A (zh) * 2017-10-09 2018-03-16 浙江帅康电气股份有限公司 Led晶元及其制备方法和led灯
CN108987256A (zh) * 2018-07-10 2018-12-11 中山大学 p型AlGaN半导体材料生长方法
CN111276560A (zh) * 2020-02-14 2020-06-12 扬州乾照光电有限公司 砷化镓太阳电池及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101661878B (zh) 2011-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101661878B (zh) 一种双元素delta掺杂生长P型GaN基材料的方法
CN108987256B (zh) p型AlGaN半导体材料生长方法
CN102969416A (zh) 一种氮化物led外延片及其生长方法
CN103165777B (zh) 具有梯形结构的n型插入层的led外延片及其生长方法
CN103337573A (zh) 半导体发光二极管的外延片及其制造方法
CN103730554A (zh) 一种氮化镓基led外延片的生长方法
CN102842661A (zh) 氮化镓基发光二极管外延生长方法
CN102867892A (zh) 具有In掺杂的低温生长P型GaN外延方法
CN103227251A (zh) 一种GaN基发光二极管外延结构的生长方法
CN104319317B (zh) 一种可有效提高p‑GaN空穴注入层质量的外延生产方法
CN103824917A (zh) 一种led制备方法、led和芯片
CN105304781A (zh) 提升Mg空穴浓度的LED外延结构及其生长方法
CN111180527A (zh) 一种GaN基PN二极管及其制备方法
CN105098017A (zh) 基于c面蓝宝石衬底上N面黄光LED材料及其制作方法
CN104300064A (zh) 一种GaN基发光二极管的外延片及其制备方法
CN114420754A (zh) 改善高阻层的高电子迁移率晶体管外延片及其制备方法
CN107887255B (zh) 一种高阻GaN薄膜外延生长的方法
CN102227008B (zh) LED芯片的P型GaN层的制备方法
CN103700739B (zh) 一种避免大尺寸外延片裂片的外延生长方法
CN103337571A (zh) 改善GaN基外延片内波长集中度的外延结构及生长方法
CN102610713A (zh) 一种mocvd生长氮化物发光二极管的方法
CN107482095A (zh) 一种led外延生长方法
CN104465916A (zh) 氮化镓发光二极管外延片
CN104377278A (zh) 一种p型GaN低阻值欧姆接触层的制备方法
CN204257685U (zh) 一种生长在蓝宝石衬底上的InGaN/GaN多量子阱结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110706

Termination date: 20180908