[發明專利]低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410426219.8
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104201256B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 楊靜;趙德剛;陳平;劉宗順;江德生
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及半導體材料制備技術領域，特別是涉及一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法。

背景技術

藍綠色發光二極管(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志中不可缺少的元件。藍光激光二極管(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代的需求。此外，藍光激光二極管在醫療診斷、海底探潛等方面也有很大的應用價值。

但是，為了得到較長的發光波長，藍綠光LED和LD的有源區必須采用高銦組分的多量子阱結構(一般銦組分大于20％)。高銦組分銦鎵氮材料在高溫下是不穩定的，后續高溫生長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，不能滿足高性能藍綠光器件的要求。

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展是至關重要的。

發明內容

本發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。

本發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：

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，為后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。

與以往的技術相比，本發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電阻，降低器件的開啟電壓。并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。

附圖說明

為了進一步說明本發明的內容，下面結合具體實例和附圖，詳細說明如后，其中：

圖1本發明的方法流程圖；

圖2樣品中非故意摻雜碳濃度與其電阻率的關系圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種低電阻率低溫P型鋁鎵氮材料的制備方法，包括如下步驟：

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、碳化硅或氮化鎵，所述襯底升溫的溫度為1050-1080℃；

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500-600℃，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生長材料提供成核中心；

步驟3：在低溫成核層上生長一層非故意摻雜模板層，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℃，厚度為2μm，該非故意摻雜模板層可以用于減少外延層位錯密度，并作為下一步外延生長的模板；