低電阻率低溫p型鋁鎵氮材料的制備方法
【專利摘要】一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，包括如下步驟：步驟1：將一襯底升溫，在氫材料氣環(huán)境下熱處理；步驟2：在襯底上生長一層低溫成核層，為后續(xù)外延生長提供成核中心；步驟3：在低溫成核層上生長一層非故意摻雜模板層；步驟4：在非故意摻雜模板層上低溫外延生長一層低碳雜質(zhì)濃度的P型鋁鎵氮層，形成外延片；步驟5：在氮?dú)猸h(huán)境下，將外延片高溫退火，使其P型鋁鎵氮層中受主激活，得到低電阻率的P型鋁鎵氮層材料。本發(fā)明可以降低低溫生長的P型鋁鎵氮材料中非故意摻雜的碳雜質(zhì)濃度，從而減輕受主補(bǔ)償作用，達(dá)到降低P型材料電阻率的目的。
【專利說明】低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)綠色發(fā)光二極管(LED)在顯示、控制和通訊領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用，已成為當(dāng)前全彩色顯示以及交通信號標(biāo)志中不可缺少的元件。藍(lán)光激光二極管(LD)用于高密度存儲光盤比用紅光激光二極管存儲密度提高近四倍，能更好的滿足信息時(shí)代的需求。此外，藍(lán)光激光二極管在醫(yī)療診斷、海底探潛等方面也有很大的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]但是，為了得到較長的發(fā)光波長，藍(lán)綠光LED和LD的有源區(qū)必須采用高銦組分的多量子阱結(jié)構(gòu)(一般銦組分大于20%)。高銦組分銦鎵氮材料在高溫下是不穩(wěn)定的，后續(xù)高溫生長P型層會造成銦鎵氮量子阱的分解，衰減LED及LD的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。所以，為了保護(hù)高銦組分量子阱，實(shí)現(xiàn)高性能藍(lán)綠光LED和LD器件，必須采用較低的生長溫度生長P型層。然而低溫生長的P型層一般電阻率較高，空穴濃度偏低，不能滿足高性能藍(lán)綠光器件的要求。
[0004]一般來說，造成P型氮化鎵電阻率高的原因有兩個(gè)，一個(gè)是受主難電離，鎂雜質(zhì)的電離能高達(dá)200meV，室溫下電離率只有1%左右。另外一個(gè)是P型氮化鎵材料中受主補(bǔ)償作用嚴(yán)重。由于鎂在鋁鎵氮材料中的電離能更高，所以低溫生長的鋁鎵氮材料比低溫生長的氮化鎵材料更難獲得低的電阻率，然而鋁鎵氮材料作為限制層及電子阻擋層在氮化物藍(lán)綠光激光器中是不可缺少的，所以獲得低電阻率低溫鋁鎵氮材料對器件的發(fā)展是至關(guān)重要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其是通過更改生長條件，降低低溫生長的P型鋁鎵氮材料中非故意摻雜的碳雜質(zhì)濃度，從而減輕受主補(bǔ)償作用，達(dá)到降低P型材料電阻率的目的。
[0006]本發(fā)明提供一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:將一襯底升溫，在氫材料氣環(huán)境下熱處理；
[0008]步驟2:在襯底上生長一層低溫成核層，為后續(xù)外延生長提供成核中心:
[0009]步驟3:在低溫成核層上生長一層非故意摻雜模板層；
[0010]步驟4:在非故意摻雜模板層上低溫外延生長一層低碳雜質(zhì)濃度的P型鋁鎵氮層，形成外延片；
[0011]步驟5:在氮?dú)猸h(huán)境下，將外延片高溫退火，使其P型鋁鎵氮層中受主激活，得到低電阻率的P型鋁鎵氮層材料。
[0012]與以往的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:采用該方法制備的低溫P型鋁鎵氮材料，具有較低的電阻率，可以降低器件的串聯(lián)電阻，降低器件的開啟電壓。并可以有效的保護(hù)高銦組分銦鎵氮量子阱結(jié)構(gòu)，提高藍(lán)綠光器件的發(fā)光強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖，詳細(xì)說明如后，其中:
[0014]圖1本發(fā)明的方法流程圖；
[0015]圖2樣品中非故意摻雜碳濃度與其電阻率的關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，包括如下步驟:
[0017]步驟1:將一襯底升溫，在氫氣環(huán)境下熱處理，去除襯底表面的雜質(zhì)。所述襯底的材料為藍(lán)寶石、碳化硅或氮化鎵，所述襯底升溫的溫度為10501080°C:
[0018]步驟2:在襯底上生長一層低溫成核層，該低溫成核層生長溫度為500-60(TC，厚度為20-30nm，所述低溫成核層的材料為氮化鎵或氮化鋁，該低溫成核層為后續(xù)生長材料提供成核中心；
[0019]步驟3:在低溫成核層上生長一層非故意摻雜模板層，所述非故意摻雜模板層的材料為氮化鎵或鋁鎵氮，該非故意摻雜模板層的生長溫度為1040°C，厚度為2μπι，該非故意摻雜模板層可以用于減少外延層位錯(cuò)密度，并作為下一步外延生長的模板；
[0020]步驟4:在非故意摻雜模板層上低溫外延生長一層低碳雜質(zhì)濃度的P型鋁鎵氮層，形成外延片。該低碳雜質(zhì)濃度的P型鋁鎵氮層中含碳濃度低于2X1017cm-3。所述低溫生長P型鋁鎵氮層是以鎂作為受主摻雜劑，生長溫度為900-1000°C，空穴濃度在I X 117-1 X 11W30所述低電阻率低溫生長P型鋁鎵氮層是通過降低非故意摻雜碳雜質(zhì)濃度，降低受主補(bǔ)償作用來實(shí)現(xiàn)低電阻率的。碳在P型材料中顯施主特性，是有效的受主補(bǔ)償中心。而用MOCVD方法生長氮化物，采用含碳的有機(jī)源作為前驅(qū)體，所以在生長過程中碳雜質(zhì)并入氮化物材料是不可避免的，而且碳雜質(zhì)的并入量隨生長溫度的降低明顯增加，這樣就會對受主產(chǎn)生嚴(yán)重補(bǔ)償，造成低溫生長的P型材料電阻率升高。本發(fā)明所述的降低低溫P型鋁鎵氮材料中的非故意摻雜碳雜質(zhì)濃度的是通過控制生長條件來實(shí)現(xiàn)的，主要的方法有提高氨氣流量或提高反應(yīng)室壓力或降低三甲基鎵流量。
[0021]步驟5:在氮?dú)猸h(huán)境下，將外延片高溫退火，使其P型鋁鎵氮層中受主激活，所述高溫退火的溫度為500850°C，退火時(shí)間為l_30min。該步驟目的在于使鎂氫絡(luò)合物分解，使外延生長過程中并入的氫雜質(zhì)脫離P型層，實(shí)現(xiàn)受主激活；
[0022]其中該方法是利用MOCVD設(shè)備，并用三甲基鎵和氨氣作為鎵源和氮源，以氫氣、氮?dú)饣驓錃夂偷獨(dú)獾幕旌蠚鉃檩d氣進(jìn)行低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的生長。
[0023]參閱圖2，樣品中的非故意摻雜的碳雜質(zhì)濃度與電阻率的關(guān)系圖。當(dāng)非故意摻雜的碳濃度低于lX1017cm_3時(shí)，其電阻率低于3Ω -Cm0說明運(yùn)用本發(fā)明的方法，通過控制生長條件(提高氨氣流量或提高反應(yīng)室壓力或降低三甲基鎵流量)降低P型鋁鎵氮材料中非故意摻雜碳雜質(zhì)的濃度，可以有效的降低受主補(bǔ)償作用，從而降低低溫生長的P型鋁鎵氮材料的電阻率。
[0024]本發(fā)明的制備方法，可以應(yīng)用于氮化物發(fā)光二極管的鋁鎵氮電子阻擋層和氮化物激光器的的鋁鎵氮電子阻擋層及P型鋁鎵氮限制層的生長，藍(lán)綠光發(fā)光二極管和激光器中的P型鋁鎵氮層采用本發(fā)明的制備方法，可以降低P型材料的電阻率，從而降低器件的串聯(lián)電阻及開啟電壓，并可以有效的保護(hù)高銦組分銦鎵氮量子阱結(jié)構(gòu)，提高器件的發(fā)光強(qiáng)度。
[0025]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案做了進(jìn)一步詳細(xì)的說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的改動、等同替換、改進(jìn)等均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，包括如下步驟: 步驟1:將一襯底升溫，在氫材料氣環(huán)境下熱處理； 步驟2:在襯底上生長一層低溫成核層，為后續(xù)外延生長提供成核中心: 步驟3:在低溫成核層上生長一層非故意摻雜模板層； 步驟4:在非故意摻雜模板層上低溫外延生長一層低碳雜質(zhì)濃度的P型鋁鎵氮層，形成外延片； 步驟5:在氮?dú)猸h(huán)境下，將外延片高溫退火，使其P型鋁鎵氮層中受主激活，得到低電阻率的P型鋁鎵氮層材料。
2.如權(quán)利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中所述襯底的材料為藍(lán)寶石、碳化硅或氮化鎵。
3.如權(quán)利要求2所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中所述襯底升溫的溫度為1050-1080°C。
4.如權(quán)利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中該方法是利用MOCVD設(shè)備，并用三甲基鎵和氨氣作為鎵源和氮源，以氫氣、氮?dú)饣驓錃夂偷獨(dú)獾幕旌蠚鉃檩d氣進(jìn)行低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的生長。
5.如權(quán)利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中所述低溫成核層的材料為氮化鎵或氮化鋁。
6.如權(quán)利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中所述非故意摻雜模板層為氮化鎵或鋁鎵氮。
7.如權(quán)利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中所述低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料是以鎂作為受主摻雜劑，其生長溫度為9001000°C，空穴濃度在Ix11-1x11Wo
8.如權(quán)利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中所述低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料是通過降低P型材料中的非故意摻雜碳雜質(zhì)濃度，降低受主補(bǔ)償作用來實(shí)現(xiàn)低電阻率的，所含碳濃度低于2X 1017cnT3。
9.如權(quán)利要求8所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中所述降低P型鋁鎵氮材料中非故意摻雜碳雜質(zhì)濃度是通過控制生長條件的方法主要有提高氨氣流量或提高反應(yīng)室壓力或降低三甲基鎵流量來實(shí)現(xiàn)的。
10.如權(quán)利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，其中所述高溫退火的溫度為500-850°C，退火時(shí)間為l-30min。
【文檔編號】H01L33/00GK104201256SQ201410426219
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】楊靜, 趙德剛, 陳平, 劉宗順, 江德生 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所