專利名稱：金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)中III-V族氮化物P型摻雜領(lǐng)域，具體是關(guān)于金屬催化脫氫 提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法。
背景技術(shù)：
長期以來，氮化鎵(GaN)基光電子器件的發(fā)展一直受到ρ型GaN質(zhì)量的制約。自 從Nakamura在ρ型GaN材料制備上取得的突破性進(jìn)展，鎂就成為了應(yīng)用最為廣泛的III/ V族氮化物的ρ型摻雜劑。但目前制備具有高的空穴濃度、低電阻率及高晶體質(zhì)量的鎂摻 雜ρ型GaN材料仍然困難重重，遠(yuǎn)沒有達(dá)到人們的預(yù)期目標(biāo)。例如對于藍(lán)綠光LED的應(yīng)用 來說，ρ型GaN通常位于器件的最上層，如果ρ型GaN質(zhì)量不好，就不能實(shí)現(xiàn)理想的歐姆接 觸。不僅使得器件的電學(xué)性能下降、器件的性能退化、降低可靠性與壽命，而且會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的 光吸收，降低器件的出光效率。另一方面，為了保證下面InGaN量子阱不發(fā)生分解和偏析， P-GaN生長溫度必須控制1000°C以內(nèi)，然而GaN的低溫生長又影響了材料質(zhì)量和摻雜物的 激活率。因此，如何獲得低溫生長的高激活P-GaN就成為了當(dāng)前最迫切解決的問題。
在當(dāng)前通常的MOCVD生長工藝中，作為載氣的氫氣及反應(yīng)物氨氣和有機(jī)源分解出 的氫與鎂結(jié)合成Mg-H絡(luò)合物而鈍化GaN外延層中鎂受主，因此直接摻雜鎂的GaN電阻率高 達(dá)108Ω κπι，呈現(xiàn)為η型。鎂摻雜GaN中鎂與氫可以產(chǎn)生多種形式的復(fù)合體，有Mg-H直接 成鍵，間隙式 Mgi 復(fù)合 H-Mg-H，替位式 Mgea 復(fù)合體 Mgea-N-H、Mgea-N-Gai-H2 和 Mgea-Mgi-H 等 形式，這些都嚴(yán)重降低了 ρ型GaN中的有效空穴濃度。1992年，Nakamura把鎂摻雜ρ型GaN 在750°C氮?dú)鈿夥障聼嵬嘶穑@得了較高空穴濃度的GaN(參考文獻(xiàn)S. Nakamura, N. Iwasa, M. Senoh, and Τ. Mukai，Jpn. J. App 1. Phys, 34，L797 (1992))，熱退火技術(shù)成為 了 ρ 型 GaN 激 活的標(biāo)準(zhǔn)工藝。如何進(jìn)一步打斷Mg-H鍵被打斷從而使氫逸出，成為了決定ρ型GaN活化的 重要因素，因此，尋找新的催化脫氫金屬材料來去氫而激活鎂，實(shí)現(xiàn)高退火效率，就成為了 一個(gè)有重要應(yīng)用意義的課題。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種提高鎂在ρ型GaN基材料中激 活效率的方法，該方法使鎂摻雜GaN材料中獲得更高的空穴濃度。
為實(shí)施上述目的，本發(fā)明的主要技術(shù)方案為一種金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化 物激活效率的方法，包括如下步驟
步驟1 用濺射或者蒸發(fā)的方法在ρ型氮化物樣品表面沉積一層金屬薄層；
步驟2 對沉積金屬薄層的ρ型氮化物進(jìn)行退火；
步驟3 用酸溶液去除ρ型氮化物樣品表面的金屬薄層；
步驟4 用去離子水對去除了金屬薄層的ρ型氮化物樣品表面清洗干凈。
其中金屬薄層為鉬或鉬。
其中金屬薄層的厚度為2-lOnm。3
其中退火是在氮?dú)饣蚩諝鈼l件下進(jìn)行，退火的溫度為500-750°C，退火的時(shí)間為 5-20分鐘。
其中ρ型氮化物樣品包括GaN、AlN、hN、AlGaN或者InGaN。
其中ρ型氮化物是使用二茂基鎂作為摻雜劑的ρ型氮化物。
其中去除ρ型氮化物樣品表面金屬薄層的溶液為王水水浴并加熱。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作一詳細(xì)的描述， 其中
圖1為本發(fā)明提供的提高鎂在ρ型氮化物中激活效率的方法流程圖2為退火后ρ-GaN的SIMS結(jié)果測量；
圖3為退火后P-GaN上Ni/Au電極的I-V特性。
具體實(shí)施方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方 法，包括如下步驟
步驟1-S10 用濺射或者蒸發(fā)的方法在ρ型氮化物樣品表面沉積一層金屬薄層，該 金屬層為可以催化脫氫的鉬或鉬金屬，該金屬薄層的厚度為2-lOnm范圍；所述ρ型氮化物 樣品包括GaN、A1N、InN, AlGaN或者InGaN等III-V族化合物半導(dǎo)體材料；
步驟2-S20 對沉積金屬薄層的ρ型氮化物進(jìn)行退火，所述退火是在氮?dú)饣蚩諝鈼l 件下進(jìn)行，退火的溫度為500-750°C，退火的時(shí)間為5-20分鐘以保證氫有效去除；
步驟3-S30 用酸溶液去除ρ型氮化物樣品表面的金屬薄層，所述去除P型氮化物 樣品表面的金屬薄層的溶液為王水水浴并加熱，時(shí)間在10-30分鐘，以保證金屬薄層能被 徹底腐蝕去除；
步驟4-S40 用去離子水對去除了金屬薄層的ρ型氮化物樣品表面清洗干凈，去除 表面殘留酸液。
其中該鎂摻雜ρ型氮化物是使用二茂基鎂作為摻雜劑的P型氮化物。
實(shí)施實(shí)例1
運(yùn)用MOCVD外延爐在藍(lán)寶石襯底上生長GaN低溫緩沖層、非摻雜GaN和鎂摻雜 GaN，其中p-GaN生長溫度為950°C，200torr壓力下采用氫氣做載氣，鎂流量為llOsccm。從 外延爐中取出P-GaN材料，采用電子束蒸發(fā)的方法鍍一層2nm-10nm的金屬鉬或者鉬薄層， 沉積溫度是室溫下，氣壓為IO-6Torr,沉積速率為0. lnm/s。然后在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高溫退 火處理，最佳退火溫度為700-720°C，退火時(shí)間為5-20min。隨后在40_60°C下水浴加熱，用 王水(HNO3 HCl = I 3)腐蝕10-30分鐘，去除金屬薄層，用去離子水多次沖洗，清除酸 液，用氮?dú)鈽尨蹈蓸悠贰?br> 表一所示是上述ρ型GaN膜的室溫電學(xué)性能，通過采用鉬和鉬金屬催化，GaN的空 穴濃度均提高一倍以上，電阻率明顯降低。
同時(shí)圖2也給出了型GaN外延層中H濃度的二次離子質(zhì)譜SIMS的結(jié)果，金屬鉬和 鉬顯示出了明顯的去氫效果，GaN中氫的濃度變?yōu)槲词褂媒饘俅呋瘶悠返?0-60%，從而提高的鎂的活化效率。圖3也顯示了金屬催化對型GaN上M/Au電極的電學(xué)特性的影響，電 阻降低明顯。
實(shí)施實(shí)例2
運(yùn)用MOCVD外延爐在藍(lán)寶石襯底上生長AlN低溫緩沖層、非摻雜AlN和鎂摻 雜AWaN，其中ρ型AWaN生長溫度為1080 V，200torr壓力下采用氫氣做載氣，鎂流量 為llOsccm，鋁流量為120sCCm，從外延爐中取出ρ型AKiaN材料，采用電子束蒸發(fā)的方法 鍍一層2nm-10nm的金屬鉬或者鉬薄層，沉積溫度是室溫下，氣壓為10_6Τοπ·，沉積速率為 0. lnm/s。然后在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高溫退火處理，最佳退火溫度為700-720°C，退火時(shí)間為 5-20min。隨后在40_60°C下水浴加熱，用王水(HNO3 HCl = 1 3)腐蝕10-30分鐘，去 除金屬薄層，用去離子水多次沖洗，清除酸液，用氮?dú)鈽尨蹈蓸悠贰１景l(fā)明可有效提高P型 AlGaN材料中鎂的激活效率，降低AWaN中鎂激活能較高帶來的影響。
實(shí)施實(shí)例3
運(yùn)用MOCVD外延爐在藍(lán)寶石襯底上生長AlN低溫緩沖層、非摻雜GaN和鎂摻 雜InGaN，其中ρ型InGaN生長溫度為750°C，200torr壓力下采用氮?dú)庾鲚d氣，鎂流量 為llOsccm，銦流量為160SCCm，從外延爐中取出ρ型^iGaN材料，采用電子束蒸發(fā)的方法 鍍一層2nm-10nm的金屬鉬或者鉬薄層，沉積溫度是室溫下，氣壓為10_6Τοπ·，沉積速率為 0. lnm/s。然后在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高溫退火處理，最佳退火溫度為700-720°C，退火時(shí)間為 5-20min。隨后在40_60°C下水浴加熱，用王水(HNO3 HCl = 1 3)腐蝕10-30分鐘，去 除金屬薄層，用去離子水多次沖洗，清除酸液，用氮?dú)鈽尨蹈蓸悠?。本發(fā)明可有效提高P型 InGaN材料中鎂的激活效率。
實(shí)施實(shí)例4
運(yùn)用MOCVD外延爐在藍(lán)寶石襯底上生長藍(lán)綠光LED，具體過程為依次生長低溫緩 沖層、非摻GaN、摻硅GaN、InGaN/GaN多量子阱以及鎂摻雜GaN，從外延爐中取出LED外延 片，采用電子束蒸發(fā)的方法鍍一層2nm-10nm的金屬鉬或者鉬薄層，沉積溫度是室溫下，氣 壓為10_6Τοπ·，沉積速率為0. lnm/s。然后在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高溫退火處理，最佳退火溫度 為700-720°C，退火時(shí)間為5-20min。隨后在40_60°C下水浴加熱，用王水(HNO3 HCl = 1 3)腐蝕10-30分鐘來去除金屬薄層，用去離子水多次沖洗，清除酸液，用氮?dú)鈽尨蹈蓸?品。本發(fā)明可形成低阻的接觸層，降低P型GaN歐姆接觸和LED的串聯(lián)電阻，提高LED性能。
本發(fā)明退火后金屬催化ρ型GaN的霍爾測試的結(jié)果，請參閱表一所示
表一
P-GaN條件電阻率空穴濃度遷移率接觸電阻率(Qcm)(cm 3)(cra2/V s)2 (ΩΟΙ )未用金屬催化1. 772. 2X101726. 112. 2X10—2Pt催化0. 485. 3X101723.62.9X10—2Mo催化0. 465. IXlO1724. 813. 6X IO"2
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法，包括如下步驟步驟1 用濺射或者蒸發(fā)的方法在P型氮化物樣品表面沉積一層金屬薄層；步驟2 對沉積金屬薄層的ρ型氮化物進(jìn)行退火；步驟3 用酸溶液去除ρ型氮化物樣品表面的金屬薄層；步驟4 用去離子水對去除了金屬薄層的ρ型氮化物樣品表面清洗干凈。
2.如權(quán)利要求1所述的采用金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法，其中金 屬薄層為鉬或鉬。
3.如權(quán)利要求1或2所述的采用金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法，其 中金屬薄層的厚度為2-lOnm。
4.如權(quán)利要求1所述的采用金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法，其中退 火是在氮?dú)饣蚩諝鈼l件下進(jìn)行，退火的溫度為500-750°C，退火的時(shí)間為5-20分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述的采用金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法，其中P 型氮化物樣品包括GaN、A1N、InN, AlGaN或者InGaN。
6.如權(quán)利要求1所述的采用金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法，其中P 型氮化物是使用二茂基鎂作為摻雜劑的P型氮化物。
7.如權(quán)利要求1所述的采用金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法，其中去 除P型氮化物樣品表面金屬薄層的溶液為王水水浴并加熱。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬催化脫氫提高鎂摻雜氮化物激活效率的方法，包括如下步驟步驟1用濺射或者蒸發(fā)的方法在p型氮化物樣品表面沉積一層金屬薄層；步驟2對沉積金屬薄層的p型氮化物進(jìn)行退火；步驟3用酸溶液去除p型氮化物樣品表面的金屬薄層；步驟4用去離子水對去除了金屬薄層的p型氮化物樣品表面清洗干凈。
文檔編號C23C14/18GK102031484SQ20101051407
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者劉乃鑫, 曾一平, 李晉閩, 王軍喜, 路紅喜, 魏同波 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所