CN101740360A - 一种提高镁在ⅲ-ⅴ族氮化物中掺杂效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，该方法是在镁掺杂的p型III-V族氮化物的表面蒸镀一层2nm至10nm的碲，然后在N2气氛下退火，并用酸性液体洗掉蒸镀在p型III-V族氮化物上的碲。利用本发明，使镁在III-V族氮化物中的掺杂效率大大的提高，增加了p型III-V族氮化物中空穴的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及利用镁对III-V氮化物进行p型掺杂的技术领域，尤其涉及一种提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法。
背景技术
GaN，InGaN，AlGaN，AlInGaN，AlInN等III-V族化合物，由于在光电子等领域的广泛应用，引起了世界范围内科研工作者和产业界的关注。GaN的研究始于上世纪三十年代，初期的研究只限于GaN粉末晶体，直到六七十年代，随着MOCVD和MBE等外延设备的研究和发展，才对GaN薄膜材料有了更进一步的了解。
由于GaN晶体的熔点和饱和蒸汽压很高，很难通过熔融的方法制得GaN的单晶体，所以GaN材料及器件一般是在蓝宝石、硅片等异质衬底上进行外延生长的。但是蓝宝石、硅片等异质衬底与GaN的晶格常数和热膨胀系数差别非常的大，所以在这些衬底上外延的GaN薄膜上存在着失配位错，不利于GaN基电子元器件的性能提高。所以在蓝宝石、硅片等异质衬底上外延GaN薄膜时，缓冲层的选择就显得非常重要。
在GaN材料的异质外延发展中，具有决定意义的工作是由Akasaki领导的小组完成的。1986年，他们使用低温AlN缓冲层在蓝宝石衬底上异质外延GaN薄膜，结果他们发现GaN外延膜的晶体质量有了很大的改善，本底电子浓度也降低了很多。不久，Nakamura领导的小组发现低温GaN缓冲层也能极大的改善GaN的晶体质量。
制作GaN基光电子和微电子器件的另外一个困难是GaN基材料的n型和p型掺杂。我们知道，制作GaN基LED必须有足够数量的电子和空穴注入，Si和Mg是III-V氮化物的最有效的掺杂剂。
在Al组分较低时，Si在AlGaN中是浅施主，但是随着Al组分的增加，Si的电离能会增加，最终转化为深能级DX中心。同时，作为n型补偿中心，III族空位(VGa和VAl)浓度也会随着Al组分的增加而增加。而且，Si的掺入还会增加材料中的张应变，当掺Si浓度很高时甚至会导致裂纹的产生。这些都增加了n型低阻AlGaN(特别是高Al组分)材料生长的难度。
而p型掺杂一直是氮化物的难点之一。Mg在GaN基材料中的电离能很高，在GaN中150mev。而在AlGaN材料中，Mg的有效掺杂就更加的困难了，因为随着Al组分的增加，Mg的电离能迅速增加，在AlN材料中Mg的电离能达到了500mev。所以Mg的激活非常困难。GaN基材料中很容易形成氮空位(VN)这种p型补偿中心。为了提高Mg杂质的掺杂效率，Nakamura等人采用调制掺杂的p型AlGaN/GaN超晶格代替均匀掺杂的p型AlGaN，提高Mg的电离效率，从而大大提高空穴的浓度。在极化作用下AlGaN/GaN中有着很强的内建电场，这使得价带顶呈锯齿状，从而一些Mg杂质能级可以落在费米(Fermi)能级以下而电离。但是AlGaN/GaN超晶格的价带顶是很多周期性的空穴势垒，这不利于空穴的垂直输运。Kauser等人采用Al组分渐变的AlxGa1-xN层代替原来的单一组分的AlGaN层，使得极化电荷从原来的界面处的二维分布变为空间的均匀分布，这样大大降低了空穴势垒，提高了空穴的垂直电导。M.L.Nakarmi等人采用Mg delta掺杂的方法来提高Mg在AlGaN材料中的掺杂效率。生长15nm左右的AlGaN层之后，中断Al，Ga源的输入，只通Mg和NH3。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的在于提供一种提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，以提高镁在III-V族氮化物中的掺杂效率，增加p型III-V族氮化物中空穴的浓度。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，该方法是在镁掺杂的p型III-V族氮化物的表面蒸镀一层2nm至10nm的碲，然后在N2气氛下退火，并用酸性液体洗掉蒸镀在p型III-V族氮化物上的碲。
上述方案中，所述镁掺杂的p型III-V族氮化物是使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物。
上述方案中，所述蒸镀采用电子束蒸发或者溅射的方法实现。
上述方案中，对于提高单层p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在蓝宝石衬底上外延生长一层GaN或者AlN低温缓冲层；
在GaN或者AlN低温缓冲层上外延生长一层没有掺杂的III-V族氮化物；
在没有掺杂的III-V族氮化物上外延生长一层使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
从MOCVD设备中取出上述外延材料，在使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物上采用电子束蒸发或者溅射的方法镀一层2nm至10nm的碲；
在N2气氛下对上述外延材料进行退火处理，退火的温度为500℃至750℃，退火的时间为≥15分钟；
使用酸性液体王水洗掉镀在p型III-V族氮化物上的碲；
使用氮气枪吹干。
上述方案中，对于提高LED结构中p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
将衬底放入MOCVD设备中，在衬底上外延生长蓝绿光LED，该蓝绿光LED的最上层外延层为使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
从MOCVD设备中取出上述外延生长的蓝绿光LED，在使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物上采用电子束蒸发或者溅射的方法镀一层2nm至10nm的碲；
在N2气氛下对上述外延材料进行退火处理，退火的温度为500℃至750℃，退火的时间为≥15分钟；
使用酸性液体王水洗掉镀在p型III-V族氮化物上的碲；
使用氮气枪吹干。
上述方案中，对于提高其他结构中p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
取出在MOCVD设备中外延的、使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
在使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物上，采用电子束蒸发或者溅射的方法镀一层2nm至10nm的碲；
在N2气氛下对上述外延材料进行退火处理，退火的温度为500℃至750℃，退火的时间为≥15分钟；
使用酸性液体王水洗掉镀在p型III-V族氮化物上的碲；
使用氮气枪吹干。
(三)有益效果
本发明提供的这种提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，在镁掺杂的p型III-V族氮化物的表面蒸镀一层2nm至10nm的碲，然后在N2气氛下退火，并用酸性液体洗掉蒸镀在p型III-V族氮化物上的碲，使镁在III-V族氮化物中的掺杂效率大大的提高，增加了p型III-V族氮化物中空穴的浓度。
附图说明
图1为本发明提供的提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在使用MOCVD设备外延掺杂镁的p型III-V族氮化物的过程中，一般采用H2作为载气，形成的Mg-H键，使镁在III-V族氮化物中的掺杂效率大大的降低。本发明采用一种新的方法，如图1所示，该方法是在镁掺杂的p型III-V族氮化物的表面蒸镀一层2nm至10nm的碲，然后在N2气氛下退火，并用酸性液体洗掉蒸镀在p型III-V族氮化物上的碲，使镁在III-V族氮化物中的掺杂效率大大的提高，增加p型III-V族氮化物中空穴的浓度。
本发明的具体实施步骤如下：
(一)、提高单层p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在蓝宝石衬底上外延生长一层GaN或者AlN低温缓冲层；
在GaN或者AlN低温缓冲层上外延生长一层没有掺杂的III-V族氮化物；
在没有掺杂的III-V族氮化物上外延生长一层使用二茂基镁(Cp2Mg)作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
从MOCVD设备中取出上述外延材料，在使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物上采用电子束蒸发或者溅射的方法镀一层2nm至10nm的碲；
在N2气氛下对上述外延材料进行退火处理，退火的温度为500℃至750℃，退火的时间为≥15分钟；
使用酸性液体王水洗掉镀在p型III-V族氮化物上的碲；
使用氮气枪吹干。
(二)、提高LED结构中p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
将衬底放入MOCVD设备中，在衬底上外延生长蓝绿光LED，该蓝绿光LED的最上层外延层为使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
从MOCVD设备中取出上述外延生长的蓝绿光LED，在使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物上采用电子束蒸发或者溅射的方法镀一层2nm至10nm的碲；
在N2气氛下对上述外延材料进行退火处理，退火的温度为500℃至750℃，退火的时间为≥15分钟；
使用酸性液体王水洗掉镀在p型III-V族氮化物上的碲；
使用氮气枪吹干。
(三)、提高其他结构中p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
取出在MOCVD设备中外延的、使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
在使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物上，采用电子束蒸发或者溅射的方法镀一层2nm至10nm的碲；
在N2气氛下对上述外延材料进行退火处理，退火的温度为500℃至750℃，退火的时间为≥15分钟；
使用酸性液体王水洗掉镀在p型III-V族氮化物上的碲；
使用氮气枪吹干。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，其特征在于，该方法是在镁掺杂的p型III-V族氮化物的表面蒸镀一层2nm至10nm的碲，然后在N2气氛下退火，并用酸性液体洗掉蒸镀在p型III-V族氮化物上的碲。
2.根据权利要求1所述的提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，其特征在于，所述镁掺杂的p型III-V族氮化物是使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物。
3.根据权利要求1所述的提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，其特征在于，所述蒸镀采用电子束蒸发或者溅射的方法实现。
4.根据权利要求1所述的提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，其特征在于，对于提高单层p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
将蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在蓝宝石衬底上外延生长一层GaN或者AlN低温缓冲层；
在GaN或者AlN低温缓冲层上外延生长一层没有掺杂的III-V族氮化物；
在没有掺杂的III-V族氮化物上外延生长一层使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
从MOCVD设备中取出上述外延材料，在使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物上采用电子束蒸发或者溅射的方法镀一层2nm至10nm的碲；
在N2气氛下对上述外延材料进行退火处理，退火的温度为500℃至750℃，退火的时间为≥15分钟；
使用酸性液体王水洗掉镀在p型III-V族氮化物上的碲；
使用氮气枪吹干。
5.根据权利要求1所述的提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，其特征在于，对于提高LED结构中p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
将衬底放入MOCVD设备中，在衬底上外延生长蓝绿光LED，该蓝绿光LED的最上层外延层为使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
从MOCVD设备中取出上述外延生长的蓝绿光LED，在使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物上采用电子束蒸发或者溅射的方法镀一层2nm至10nm的碲；
在N2气氛下对上述外延材料进行退火处理，退火的温度为500℃至750℃，退火的时间为≥15分钟；
使用酸性液体王水洗掉镀在p型III-V族氮化物上的碲；
使用氮气枪吹干。
6.根据权利要求1所述的提高镁在III-V族氮化物中掺杂效率的方法，其特征在于，对于提高其他结构中p型III-V族氮化物中镁的掺杂效率，该方法具体包括：
取出在MOCVD设备中外延的、使用二茂基镁作为掺杂剂的p型III-V族氮化物；
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