[發(fā)明專利]一種雙元素delta摻雜生長P型GaN基材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910192129.6
• 申請日: 2009-09-08
• 公開（公告）號: CN101661878A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江灝;陳計(jì)林
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/22
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 禹小明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及GaN材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙元素delta摻雜生長P型GaN基材料的方法。

背景技術(shù)

GaN是繼第一代硅、鍺和第二代砷化鎵、磷化銦等材料以后的第三代新型半導(dǎo)體材料。GaN基材料具有帶隙寬、發(fā)光效率高、電子漂移飽和速度高、熱導(dǎo)率高、硬度大、介電常數(shù)小，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及抗輻射、抗高溫異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣濃度高等特性，成為制造高功率、高頻電子器件、短波長光電子器件、高溫器件和抗輻照器件最重要的半導(dǎo)體材料，被譽(yù)為第三代半導(dǎo)體材料。

GaN材料以及基于GaN材料的各種器件雖然在近十年中得到了系統(tǒng)和深入的研究。但現(xiàn)在仍然面臨著許多的問題，GaN基材料的p型摻雜技術(shù)始終沒有很好的解決。目前在GaN基材料中普遍使用的P型摻雜雜質(zhì)是Mg，由于Mg自身具有較高的電離能，同時(shí)Mg雜質(zhì)的自補(bǔ)償效應(yīng)比較明顯，因而通常摻Mg-GaN基材料的空穴濃度只有10¹⁷～10¹⁸cm^-3，遷移率尚不到10cm²/V·s，摻雜效率只有0.1％～1％，不能很好滿足器件要求，即Mg被單獨(dú)作為P型摻雜劑時(shí)，難于獲得高質(zhì)量、高空穴濃度P型GaN基材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種能顯著抑制Mg雜質(zhì)的自補(bǔ)償效應(yīng)的，能夠獲得高質(zhì)量的、高空穴濃度的雙元素delta摻雜生長P型GaN基材料的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種雙元素delta摻雜生長P型GaN基材料的方法，包括以下步驟：

①在置于反應(yīng)腔中的襯底上依次生長出低溫緩沖層和高溫緩沖層；

②采用雙元素delta摻雜法在所述高溫緩沖層上生長p型GaN基層材料，摻雜雜質(zhì)的元素為Mg、Zn或Mg、O或Mg、Si；

③采用熱退火方法對雜質(zhì)元素進(jìn)行激活。

由于目前GaN基材料和襯底失配較大，所以在協(xié)調(diào)襯底與GaN晶格失配問題上需要緩沖層技術(shù)來解決。此外，選擇Mg、Zn或Mg、O或Mg、Si作為摻雜雜質(zhì)，采用Mg、Zn共摻雜時(shí)，Zn原子可以降低H的溶解度來提高M(jìn)g受主的激活率；而采用Mg、O或者M(jìn)g、Si共摻雜時(shí)，可以使受主能級降低施主能級升高產(chǎn)生更高的空穴濃度。因此，當(dāng)雙元素共摻雜這種方法被用于delta摻雜工藝時(shí)，Mg雜質(zhì)的自補(bǔ)償效應(yīng)可得到有效減少，從而可以大大提高P型摻雜的空穴濃度。

此外受主原子Mg和殘留的原子H會(huì)形成Mg-H復(fù)合體，這種復(fù)合體會(huì)導(dǎo)致了Mg的鈍化效應(yīng)，通過高溫退火可使Mg-H鍵斷開，激活受到鈍化的受主Mg。

而步驟②中，所述的摻雜雜質(zhì)元素Mg、Zn或Mg、O或Mg、Si，其中，Mg元素為主要摻雜元素，Zn或O或Si元素為輔助摻雜元素，主要摻雜元素與輔助摻雜元素的比控制在300～1000之間，適量的輔助摻雜元素可以提高P型摻雜的空穴濃度。分別使用CP₂Mg、DEZn、O₂、SiH₄作為Mg源、Zn源、O源，Si源。此外，所述雙元素delta摻雜是在溫度為700℃-1200℃條件下，進(jìn)行50-300個(gè)周期的生長，每個(gè)周期包含以下步驟：

1)通入N源，Ga基三族源，生長GaN基非故意摻雜層；

2)切斷三族源20-45s，使所述GaN基非故意摻雜層表面跟NH3充分接觸；

3)通入主要摻雜元素Mg和輔助摻雜元素Zn或O或Si元素，20-35s。

摻雜時(shí)須停止通入三族源，這一過程抑制了GaN基外延層位錯(cuò)的攀沿，可以減小GaN基材料的位錯(cuò)密度。

步驟1)中，采用NH₃、TMGa、TMAl、TMIn分別作為N源、Ga源、Al源、In源，采用H₂作為載氣生長GaN基非故意摻雜層，所述Ga基三族源為Ga源、Al源以及In源。

步驟①中，采用MOCVD方法生長所述低溫緩沖層、高溫緩沖層和p型GaN基材料，所述反應(yīng)腔為MOCVD反應(yīng)腔，所述低溫緩沖層和高溫緩沖層生長溫度范圍分別為：500℃-650℃、1080℃-1200℃。

步驟③中，熱退火是在N₂環(huán)境下進(jìn)行的，退火溫度為500℃～950℃，退火時(shí)間為30s-600s。