CN106783978A - 用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层及其制备方法 - Google Patents

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张书明
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Abstract

本发明公开了一种用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层，其包括：衬底；在所述衬底上的缓冲层；在所述缓冲层上的不掺杂的u型GaN层；在所述u型GaN层上的p型AlGaN厚层；在所述p型AlGaN厚层上的Al组分渐变的p型AlGaN层；在所述Al组分渐变的p型AlGaN层上的重掺杂的p型GaN层。本发明还公开一种用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层的制备方法。本发明采用Al组分渐变的p型AlGaN层和重掺杂的p型GaN层作为欧姆接触层的I‑V曲线具有良好的线性关系，在获得良好的欧姆接触性能的同时，消除了p型AlGaN厚层与重掺杂的p型GaN层之间的极化电荷，从而在进行霍尔测试时，获得准确的测试结果。

Description

用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体地讲，涉及一种用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层及其制备方法。
背景技术
GaN/InGaN基激光器的激光波长覆盖了从紫外光到绿光的光谱范围，其在高密度光存储、激光照明、激光显示等领域具有广阔的应用前景。在氮化镓基激光器结构中，p型AlGaN是常用的光限制层，其电阻率对激光器工作电压也有很重要的影响。测试半导体材料的电阻率，一般采用霍尔测试的方法，该方法要求样品具有良好的欧姆接触。但是GaN基材料的p型掺杂一直是阻碍GaN基材料发展的一个瓶颈，很难获得高空穴浓度。在p型AlGaN中，掺杂剂Mg的激活能更高，获得高空穴浓度比GaN更加困难。
在现有技术中，一般在表面生长重掺杂的GaN层作为接触层，来获得良好的欧姆接触。然而，如果直接在p型AlGaN上生长重掺杂的p型GaN接触层，AlGaN/GaN异质结界面由于极化效应会诱导产生大量的极化电荷，形成二维空穴气，导致其I-V特性并非完美的线性，并且异质结界面的二维空穴气也会影响测试结果的精确性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层，其包括：衬底；在所述衬底上的缓冲层；在所述缓冲层上的不掺杂的u型GaN层；在所述u型GaN层上的p型AlGaN厚层；在所述p型AlGaN厚层上的Al组分渐变的p型AlGaN层；在所述Al组分渐变的p型AlGaN层上的重掺杂的p型GaN层。
进一步地，所述缓冲层为500℃低温生长的GaN缓冲层。
进一步地，所述u型GaN层的生长温度为1000℃～1040℃，且其厚度为100nm～5000nm。
进一步地，所述p型AlGaN厚层的Al组分为4％～10％，且其厚度为300nm～1500nm，且其Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～4×1019cm-3，且其生长温度为900℃～1030℃。
进一步地，所述Al组分渐变的p型AlGaN层的厚度为10nm～30nm，且其Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～4×1019cm-3，且其生长温度为900℃～1030℃。
进一步地，按照从所述p型AlGaN厚层到所述p型GaN层的方向，所述Al组分渐变的p型AlGaN层中的Al组分线性减小，直至减小到0。
进一步地，所述p型GaN层的Mg掺杂浓度为1×1020cm-3～4×1021cm-3，且其生长温度为900℃～1030℃，且其厚度为10nm～30nm。
本发明的另一目的还在于提供一种上述的欧姆接触层的制备方法，其包括：处理衬底；在处理后的衬底上生长GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层上生长不掺杂的u型GaN层；在所述u型GaN层上生长掺Mg的p型AlGaN厚层；在所述p型AlGaN厚层上生长掺Mg的且Al组分渐变的p型AlGaN层；在所述p型AlGaN层上生长重掺Mg的p型GaN层。
进一步地，在所述p型AlGaN厚层上生长掺Mg的且Al组分渐变的p型AlGaN层中，根据将要形成的所述p型AlGaN层的厚度以及生长速率，确定将要形成的所述p型AlGaN层的生长时间，使Al源流量随着所述生长时间线性减小，直至减小到0。
进一步地，在处理衬底的步骤中，将衬底在氢气气氛里进行高温退火，以清洁所述衬底。
本发明的有益效果：本发明采用Al组分渐变的p型AlGaN层和重掺杂的p型GaN层作为欧姆接触层的I-V曲线具有良好的线性关系，在获得良好的欧姆接触性能的同时，消除了p型AlGaN厚层与重掺杂的p型GaN层之间的极化电荷，从而在进行霍尔测试时，获得准确的测试结果。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层的结构示意图；
图2是现有的只采用重掺杂p型GaN作为欧姆接触层以及图1所示的采用Al组分渐变的p型AlGaN层和重掺杂的p型GaN层作为欧姆接触层的I-V曲线图；
图3是根据本发明的实施例的用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
在附图中，为了清楚器件，夸大了层和区域的厚度。相同的标号在附图中始终表示相同的元件。
图1是根据本发明的实施例的用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层的结构示意图。
参照图1，根据本发明的实施例的用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层包括：衬底1；生长在衬底1上的缓冲层2；生长在缓冲层2的不掺杂的u型GaN层3；生长在u型GaN层3上的p型AlGaN厚层4；生长在p型AlGaN厚层4上的Al组分渐变的p型AlGaN层5；生长在p型AlGaN层5上的重掺杂的p型GaN层6。
衬底1为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓材料。缓冲层2为500℃左右低温生长的GaN缓冲层。u型GaN层3的生长温度为1000℃～1040℃，且u型GaN层3的厚度为100nm～5000nm。
p型AlGaN厚层4的Al组分为4％～10％，且p型AlGaN厚层4的厚度为300nm～1500nm，且p型AlGaN厚层4的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～4×1019cm-3，且p型AlGaN厚层4的生长温度为900℃～1030℃。
Al组分渐变的p型AlGaN层5的厚度为10nm～30nm，且Al组分渐变的p型AlGaN层5的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～4×1019cm-3，且Al组分渐变的p型AlGaN层5的生长温度为900℃～1030℃。进一步地，按照从所述p型AlGaN厚层到所述p型GaN层的方向，Al组分渐变的p型AlGaN层5中的Al组分线性减小，直至减小到0。
重掺杂的p型GaN层6的Mg掺杂浓度为1×1020cm-3～4×1021cm-3，且重掺杂的p型GaN层6生长温度为900℃～1030℃，且重掺杂的p型GaN层6厚度为10nm～30nm。
图2是现有的只采用重掺杂p型GaN作为欧姆接触层以及图1所示的采用Al组分渐变的p型AlGaN层和重掺杂的p型GaN层作为欧姆接触层的I-V曲线图。
在图2中，(a)图表示现有的只采用重掺杂p型GaN作为欧姆接触层I-V曲线，(b)图表示图1所示的采用Al组分渐变的p型AlGaN层和重掺杂的p型GaN层作为欧姆接触层的I-V曲线。从(a)图和(b)图可以看出，图1所示的采用Al组分渐变的p型AlGaN层和重掺杂的p型GaN层作为欧姆接触层的I-V曲线具有良好的线性关系，在获得良好的欧姆接触性能的同时，消除了p型AlGaN厚层4与重掺杂的p型GaN层6之间的极化电荷，从而在进行霍尔测试时，获得准确的测试结果。
以下对图1所示的用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层的制备方法进行说明。图3是根据本发明的实施例的用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层的制备方法的流程图。
参照图1和图3，根据本发明的实施例的用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层的制备方法包括以下步骤：
1)处理衬底1：将衬底1在氢气气氛里进行高温退火，清洁该衬底表面，温度控制在1040℃～1080℃之间，衬底1是适合GaN及其半导体外延材料生长的材料，如蓝宝石、碳化硅、单晶硅等；
2)在经处理后的衬底1上生长GaN缓冲层2：保持500℃左右的低温，在衬底1上生长厚度为20nm～35nm的GaN缓冲层2。
3)在GaN缓冲层2上生长未掺杂的u型GaN层3；保持生长温度为1000℃～1040℃，在GaN缓冲层2上生长厚度为100nm～5000nm的不掺杂u型GaN层3。
4)在u型GaN层3上生长掺Mg的p型AlGaN厚层4：保持生长温度为900℃～1030℃，在u型GaN层3上生长Al组分为4％～10％且厚度为300nm～1500nm的p型AlGaN厚层4；其中，p型AlGaN厚层4的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～4×1019cm-3；
5)在p型AlGaN厚层4上生长Al组分渐变的p型AlGaN层5：保持生长温度为900℃～1030℃，在p型AlGaN厚层4上生长Al组分渐变且厚度为10nm～30nm的p型AlGaN层5；其中，Al组分渐变的p型AlGaN层5的Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～4×1019cm-3；其中，按照从所述p型AlGaN厚层到所述p型GaN层的方向，Al组分渐变的p型AlGaN层5中的Al组分线性减小，直至减小到0；
6)在p型AlGaN层5生长重掺Mg的p型GaN层6：保持生长温度为900℃～1030℃，在p型AlGaN层5生长Mg掺杂浓度为1×1020cm-3～4×1021cm-3且厚度为10nm～30nm的p型GaN层6。
需要说明的是，在步骤5)中，根据将要形成的p型AlGaN层5的厚度及其生长速率，确定将要形成的所述p型AlGaN层5的生长时间，在生长p型AlGaN层5时，使Al源流量随着确定的生长时间线性减小，直至减小到0。
综上所述，根据本发明的实施例的用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层及其制备方法，采用Al组分渐变的p型AlGaN层和重掺杂的p型GaN层作为欧姆接触层的I-V曲线具有良好的线性关系，在获得良好的欧姆接触性能的同时，消除了p型AlGaN厚层与重掺杂的p型GaN层之间的极化电荷，从而在进行霍尔测试时，获得准确的测试结果。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种用于p型AlGaN霍尔测试的欧姆接触层，其特征在于，包括：
衬底；
在所述衬底上的缓冲层；
在所述缓冲层上的不掺杂的u型GaN层；
在所述u型GaN层上的p型AlGaN厚层；
在所述p型AlGaN厚层上的Al组分渐变的p型AlGaN层；
在所述Al组分渐变的p型AlGaN层上的重掺杂的p型GaN层。
2.根据权利要求1所述的欧姆接触层，其特征在于，所述缓冲层为500℃低温生长的GaN缓冲层。
3.根据权利要求1所述的欧姆接触层，其特征在于，所述u型GaN层的生长温度为1000℃～1040℃，且其厚度为100nm～5000nm。
4.根据权利要求1所述的欧姆接触层，其特征在于，所述p型AlGaN厚层的Al组分为4％～10％，且其厚度为300nm～1500nm，且其Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～4×1019cm-3，且其生长温度为900℃～1030℃。
5.根据权利要求1所述的欧姆接触层，其特征在于，所述Al组分渐变的p型AlGaN层的厚度为10nm～30nm，且其Mg掺杂浓度为1×1019cm-3～4×1019cm-3，且其生长温度为900℃～1030℃。
6.根据权利要求1或5所述的欧姆接触层，其特征在于，按照从所述p型AlGaN厚层到所述p型GaN层的方向，所述Al组分渐变的p型AlGaN层中的Al组分线性减小，直至减小到0。
7.根据权利要求1所述的欧姆接触层，其特征在于，所述p型GaN层的Mg掺杂浓度为1×1020cm-3～4×1021cm-3，且其生长温度为900℃～1030℃，且其厚度为10nm～30nm。
8.一种权利要求1至7任一项所述的欧姆接触层的制备方法，其特征在于，包括：
处理衬底；
在处理后的衬底上生长GaN缓冲层；
在所述GaN缓冲层上生长不掺杂的u型GaN层；
在所述u型GaN层上生长掺Mg的p型AlGaN厚层；
在所述p型AlGaN厚层上生长掺Mg的且Al组分渐变的p型AlGaN层；
在所述p型AlGaN层上生长重掺Mg的p型GaN层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述p型AlGaN厚层上生长掺Mg的且Al组分渐变的p型AlGaN层中，根据将要形成的所述p型AlGaN层的厚度以及生长速率，确定将要形成的所述p型AlGaN层的生长时间，使Al源流量随着所述生长时间线性减小，直至减小到0。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在处理衬底的步骤中，将衬底在氢气气氛里进行高温退火，以清洁所述衬底。
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