CN109638118B - 提升氮化物材料p型掺杂效率的方法及氮化物薄膜 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜，该提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，利用外加机械力或材料本身失配应力作用于p型氮化物薄膜的掺杂表面。本公开提供的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜，利用外加机械力或材料本身失配应力增大p型掺杂氮化物的晶格常数，降低p型掺杂杂质在氮化物薄膜中的热激活能，提高杂质原子的激活率，从而能够制备出具有高空穴浓度的氮化物p型材料，提高氮化物光电子材料及光电子器件中的空穴注入效率。

Description

提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜。
背景技术
基于氮化物材料发光二极管(LED)及激光二极管(LD)由于具有亮度高、能耗低、寿命长、无污染、抗恶劣环境能力强等特点，广泛应用于显示和照明等多个领域。
对于传统的富In及富Al组分GaN光电器件来说，其发光的有源区基本结构是InGaN/GaN或AlGaN/GaN多量子阱。该结构的有源区存在诸多科学和技术问题有待解决。第一，富In组分InGaN/GaN量子阱中的In组分相分解问题。由于富In的InGaN的晶格常数大于GaN的晶格常数，在沿(001)方向生长的InGaN/GaN量子阱中，有源区中高组分的InGaN薄膜中In组分在高温生长环境下易偏析分凝，严重限制了多量子井之上的p型氮化物薄膜的生长温度，降低了p型层中空穴的激活效率。第二，高Al组分的AlGaN/GaN多量子阱的辐射发光光子能量高，易被窄禁带的p型层吸收，而高Al组分的p型AlGaN或AlN的空穴激活效率低，也限制了注入到多量子井内的空穴的浓度。因此急需一种在不改变p型材料组分的基础上实现高浓度空穴激活的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述技术问题，本公开提供一种提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜，以缓解现有技术中的氮化物薄膜中p型掺杂杂质的激活效率低，从而导致氮化物光电子器件中空穴浓度低及激活效率低的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供一种提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，利用外加机械力或材料本身失配应力作用于p型氮化物薄膜的掺杂表面。
在本公开的一些实施例中，所述外加机械力为垂直静压力，该垂直静压力在所述p型氮化物薄膜内产生的面内晶格应变介于0至0.2之间。
在本公开的一些实施例中，所述外加机械力为二维轴向拉应力，该二维轴向拉应力在所述p型氮化物薄膜内产生的面内晶格应变介于0至0.2之间。
在本公开的一些实施例中，所述p型氮化物薄膜生长于量子阱薄膜材料的表面。
在本公开的一些实施例中，所述p型氮化物薄膜生长于InxGa1-xN薄膜材料的表面；其中，x介于0.1至1之间，该InxGa1-xN薄膜材料的厚度介于1nm至2000nm之间。
在本公开的一些实施例中，所述p型氮化物薄膜生长于InxAl1-xN薄膜材料的表面；其中，x介于0.6至1之间，该InxAl1-xN薄膜材料的厚度介于1nm至2000nm之间。
在本公开的一些实施例中，所述p型氮化物薄膜生长于BN薄膜材料的表面；其中，该BN薄膜材料的厚度介于lnm至2000nm之间。
在本公开的一些实施例中，利用外加机械力或材料本身失配应力作用于所述p型氮化物薄膜的掺杂表面时，所述p型氮化物薄膜的面内晶格应变介于0至0.2之间。
在本公开的一些实施例中，所述p型氮化物薄膜的材料包括：GaN、AlN、BN、InN、InGaN、AlGaN、AlInGaN、BGaN，InAlN或InBN。
根据本公开的另一个方面，还提供一种p型掺杂氮化物薄膜，包括：氮化物薄膜以及掺杂于其表面的杂质原子；其中，该p型掺杂氮化物薄膜在掺杂过程中采用本公开提供的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：
(1)利用外加机械力或材料本身失配应力作用于p型氮化物薄膜的掺杂表面，增大p型掺杂氮化物薄膜的晶格常数，降低p型掺杂杂质在氮化物薄膜中的热激活能，提高杂质原子的激活率；
(2)本公开提供的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜能够在不改变p型材料组分的基础上，提高p型氮化物薄膜中的杂质热激活率，提高空穴浓度。
具体实施方式
本公开提供的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜利用外加机械力或材料本身失配应力作用于p型氮化物薄膜的掺杂表面，从而增大p型掺杂氮化物薄膜的晶格常数，降低p型掺杂杂质在氮化物薄膜中的热激活能，提高杂质原子的激活率。
根据本公开的一个方面，提供一种提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，利用外加机械力或材料本身失配应力作用于p型氮化物薄膜的掺杂表面，从而增大p型掺杂氮化物薄膜的晶格常数，降低p型掺杂杂质在氮化物薄膜中的热激活能，提高杂质原子的激活率。
在本公开的一些实施例中，外加机械力为垂直静压力，该垂直静压力在p型氮化物薄膜内产生的面内晶格应变介于0至0.2之间。
在本公开的一些实施例中，外加机械力为二维轴向拉应力，该二维轴向拉应力在所述p型氮化物薄膜内产生的面内晶格应变介于0至0.2之间。
在本公开的一些实施例中，p型氮化物薄膜生长于量子阱薄膜材料的表面。
在本公开的一些实施例中，p型氮化物薄膜生长于InxGa1-xN薄膜材料的表面；其中，x介于0.1至1之间，该InxGa1-xN薄膜材料的厚度介于1nm至2000nm之间。
在本公开的一些实施例中，p型氮化物薄膜生长于InxAl1-xN薄膜材料的表面；其中，x介于0.6至1之间，该InxAll-xN薄膜材料的厚度介于1nm至2000nm之间。
在本公开的一些实施例中，p型氮化物薄膜生长于BN薄膜材料的表面；其中，该BN薄膜材料的厚度介于1nm至2000nm之间。
在本公开的一些实施例中，利用外加机械力或材料本身失配应力作用于p型氮化物薄膜的掺杂表面时，p型氮化物薄膜的面内晶格应变介于0至0.2之间。
在本公开的一些实施例中，p型氮化物薄膜的材料包括：GaN、AlN、BN、InN、InGaN、AlGaN、AlInGaN、BGaN，InAlN或InBN。
根据本公开的另一个方面，还提供一种p型掺杂氮化物薄膜，包括：氮化物薄膜以及掺杂于其表面的杂质原子；其中，该p型掺杂氮化物薄膜在掺杂过程中采用本公开实施例提供的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法及氮化物薄膜具有高空穴浓度，并且应用于氮化物光电子材料及光电子器件时具有较高的空穴注入效率。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、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，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，利用外加机械力或材料本身失配应力作用于p型氮化物薄膜的掺杂表面，从而增大p型掺杂氮化物薄膜的晶格常数，降低p型掺杂杂质在氮化物薄膜中的热激活能，提高杂质原子的激活率；所述p型氮化物薄膜生长于量子阱薄膜材料的表面。
2.根据权利要求1所述的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，所述外加机械力为垂直静压力，该垂直静压力在所述p型氮化物薄膜内产生的面内晶格应变介于0至0.2之间。
3.根据权利要求1所述的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，所述外加机械力为二维轴向拉应力，该二维轴向拉应力在所述p型氮化物薄膜内产生的面内晶格应变介于0至0.2之间。
4.根据权利要求1所述的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，所述p型氮化物薄膜生长于InxGa1-xN薄膜材料的表面；
其中，x介于0.1至1之间，该InxGa1-xN薄膜材料的厚度介于1nm至2000nm之间。
5.根据权利要求1所述的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，所述p型氮化物薄膜生长于InxAl1-xN薄膜材料的表面；
其中，x介于0.6至1之间，该InxAl1-xN薄膜材料的厚度介于1nm至2000nm之间。
6.根据权利要求1所述的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，所述p型氮化物薄膜生长于BN薄膜材料的表面；
其中，该BN薄膜材料的厚度介于1nm至2000nm之间。
7.根据权利要求1所述的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，利用外加机械力或材料本身失配应力作用于所述p型氮化物薄膜的掺杂表面时，所述p型氮化物薄膜的面内晶格应变介于0至0.2之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法，所述p型氮化物薄膜的材料包括：GaN、AlN、BN、InN、InGaN、AlGaN、AlInGaN、BGaN，InAlN或InBN。
9.一种p型掺杂氮化物薄膜，包括：氮化物薄膜以及掺杂于其表面的杂质原子；
其中，该p型掺杂氮化物薄膜在掺杂过程中采用如上述权利要求1至8中任一项所述的提升氮化物材料P型掺杂效率的方法。
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