低電阻率低溫p型鋁鎵氮材料的製備方法
2023-06-15 17:14:31
低電阻率低溫p型鋁鎵氮材料的製備方法
【專利摘要】一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，包括如下步驟：步驟1：將一襯底升溫，在氫材料氣環境下熱處理；步驟2：在襯底上生長一層低溫成核層，為後續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濃度的P型鋁鎵氮層，形成外延片；步驟5：在氮氣環境下，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濃度，從而減輕受主補償作用，達到降低P型材料電阻率的目的。
【專利說明】低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體材料製備【技術領域】，特別是涉及一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法。
【背景技術】
[0002]藍綠色發光二極體(LED)在顯示、控制和通訊領域有著極其重要的應用，已成為當前全彩色顯示以及交通信號標誌中不可缺少的元件。藍光雷射二極體(LD)用於高密度存儲光碟比用紅光雷射二極體存儲密度提高近四倍，能更好的滿足資訊時代的需求。此外，藍光雷射二極體在醫療診斷、海底探潛等方面也有很大的應用價值。
[0003]但是，為了得到較長的發光波長，藍綠光LED和LD的有源區必須採用高銦組分的多量子阱結構(一般銦組分大於20%)。高銦組分銦鎵氮材料在高溫下是不穩定的，後續高溫生長P型層會造成銦鎵氮量子阱的分解，衰減LED及LD的光學和電學性質。所以，為了保護高銦組分量子阱，實現高性能藍綠光LED和LD器件，必須採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，一個是受主難電離，鎂雜質的電離能高達200meV，室溫下電離率只有1%左右。另外一個是P型氮化鎵材料中受主補償作用嚴重。由於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綠光雷射器中是不可缺少的，所以獲得低電阻率低溫鋁鎵氮材料對器件的發展是至關重要的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提出一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，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濃度，從而減輕受主補償作用，達到降低P型材料電阻率的目的。
[0006]本發明提供一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:將一襯底升溫，在氫材料氣環境下熱處理；
[0008]步驟2:在襯底上生長一層低溫成核層，為後續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濃度的P型鋁鎵氮層，形成外延片；
[0011]步驟5:在氮氣環境下，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]與以往的技術相比，本發明具有如下有益效果:採用該方法製備的低溫P型鋁鎵氮材料，具有較低的電阻率，可以降低器件的串聯電阻，降低器件的開啟電壓。並可以有效的保護高銦組分銦鎵氮量子阱結構，提高藍綠光器件的發光強度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]為了進一步說明本發明的內容，下面結合具體實例和附圖，詳細說明如後，其中:
[0014]圖1本發明的方法流程圖；
[0015]圖2樣品中非故意摻雜碳濃度與其電阻率的關係圖。
【具體實施方式】
[0016]請參閱圖1所示，本發明提供一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，包括如下步驟:
[0017]步驟1:將一襯底升溫，在氫氣環境下熱處理，去除襯底表面的雜質。所述襯底的材料為藍寶石、碳化矽或氮化鎵，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，該低溫成核層為後續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於減少外延層位錯密度，並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濃度的P型鋁鎵氮層，形成外延片。該低碳雜質濃度的P型鋁鎵氮層中含碳濃度低於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濃度，降低受主補償作用來實現低電阻率的。碳在P型材料中顯施主特性，是有效的受主補償中心。而用MOCVD方法生長氮化物，採用含碳的有機源作為前驅體，所以在生長過程中碳雜質併入氮化物材料是不可避免的，而且碳雜質的併入量隨生長溫度的降低明顯增加，這樣就會對受主產生嚴重補償，造成低溫生長的P型材料電阻率升高。本發明所述的降低低溫P型鋁鎵氮材料中的非故意摻雜碳雜質濃度的是通過控制生長條件來實現的，主要的方法有提高氨氣流量或提高反應室壓力或降低三甲基鎵流量。
[0021]步驟5:在氮氣環境下，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，退火時間為l_30min。該步驟目的在於使鎂氫絡合物分解，使外延生長過程中併入的氫雜質脫離P型層，實現受主激活；
[0022]其中該方法是利用MOCVD設備，並用三甲基鎵和氨氣作為鎵源和氮源，以氫氣、氮氣或氫氣和氮氣的混合氣為載氣進行低電阻率低溫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濃度與電阻率的關係圖。當非故意摻雜的碳濃度低於lX1017cm_3時，其電阻率低於3Ω -Cm0說明運用本發明的方法，通過控制生長條件(提高氨氣流量或提高反應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的濃度，可以有效的降低受主補償作用，從而降低低溫生長的P型鋁鎵氮材料的電阻率。
[0024]本發明的製備方法，可以應用於氮化物發光二極體的鋁鎵氮電子阻擋層和氮化物雷射器的的鋁鎵氮電子阻擋層及P型鋁鎵氮限制層的生長，藍綠光發光二極體和雷射器中的P型鋁鎵氮層採用本發明的製備方法，可以降低P型材料的電阻率，從而降低器件的串聯電阻及開啟電壓，並可以有效的保護高銦組分銦鎵氮量子阱結構，提高器件的發光強度。
[0025]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案做了進一步詳細的說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的改動、等同替換、改進等均應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，包括如下步驟: 步驟1:將一襯底升溫，在氫材料氣環境下熱處理； 步驟2:在襯底上生長一層低溫成核層，為後續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濃度的P型鋁鎵氮層，形成外延片； 步驟5:在氮氣環境下，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.如權利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，其中所述襯底的材料為藍寶石、碳化矽或氮化鎵。
3.如權利要求2所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，其中所述襯底升溫的溫度為1050-1080°C。
4.如權利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，其中該方法是利用MOCVD設備，並用三甲基鎵和氨氣作為鎵源和氮源，以氫氣、氮氣或氫氣和氮氣的混合氣為載氣進行低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的生長。
5.如權利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，其中所述低溫成核層的材料為氮化鎵或氮化鋁。
6.如權利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，其中所述非故意摻雜模板層為氮化鎵或鋁鎵氮。
7.如權利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，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.如權利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，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濃度，降低受主補償作用來實現低電阻率的，所含碳濃度低於2X 1017cnT3。
9.如權利要求8所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，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室壓力或降低三甲基鎵流量來實現的。
10.如權利要求1所述的低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的製備方法，其中所述高溫退火的溫度為500-850°C，退火時間為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 優先權日:2014年8月26日
【發明者】楊靜, 趙德剛, 陳平, 劉宗順, 江德生 申請人:中國科學院半導體研究所