[發(fā)明專利]一種高遷移率高空穴濃度P型AlGaN材料及其生長方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811118793.1
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109300980B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎大兵;蔣科;孫曉娟;賈玉萍;石芝銘;劉賀男
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: H01L29/20
• 分類號: H01L29/20;H01L21/02
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王瑩

本發(fā)明涉及一種高遷移率高空穴濃度P型AlGaN材料及其生長方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有技術(shù)中P型AlGaN的遷移率低、空穴濃度低的問題。本發(fā)明的P型AlGaN材料，包括從下至上依次設(shè)置的氮化鋁層、摻雜外延層和漸變外延層；氮化鋁層為Al極性面；摻雜外延層的材料為Mg摻雜的P型AlGaN，摻雜外延層為金屬面極性；漸變外延層為從下至上依次設(shè)置的多層結(jié)構(gòu)，每層材料皆為非故意摻雜Al_xGa_1?xN材料，且多層非故意摻雜Al_xGa_1?xN材料的Al組分從下至上逐漸減少。該P(yáng)型AlGaN材料基于極化誘導(dǎo)電荷同時將載流子遷移區(qū)域和雜質(zhì)電離區(qū)域分離的思想，實(shí)現(xiàn)高遷移率和高空穴濃度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高遷移率高空穴濃度P型AlGaN材料及其生長方法。

背景技術(shù)

AlGaN作為Ⅲ-Ⅴ族三元合金材料，其禁帶寬度隨著Al組分由低到高的變化在3.4-6.2eV之間連續(xù)可調(diào)，對應(yīng)波長從365nm覆蓋至200nm的深紫外波段范圍。AlGaN材料具有抗輻射、波長易調(diào)控等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。是制備紫外、深紫外光電子器件的理想材料。

半導(dǎo)體器件的應(yīng)用基礎(chǔ)都是PN結(jié)，高電導(dǎo)率的P型和N型的實(shí)現(xiàn)是使AlGaN材料實(shí)現(xiàn)特定功能并應(yīng)用到實(shí)際器件中的前提。對于AlGaN材料來說，由于本征缺陷和施主雜質(zhì)缺陷的存在，包括N空位、O雜質(zhì)、C雜質(zhì)、H雜質(zhì)等，使得非摻雜的AlGaN表現(xiàn)出n型。目前，獲得高質(zhì)量的n型AlGaN的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。但是，如何實(shí)現(xiàn)高遷移率、高空穴濃度的P型AlGaN材料是一直以來懸而未決的問題，已經(jīng)成為制約AlGaN材料及器件發(fā)展的瓶頸。

難以實(shí)現(xiàn)高遷移率、高空穴濃度的P型AlGaN材料的原因主要有以下幾個方面：(1)H原子的鈍化作用：P型AlGaN一般通過Ⅱ族元素替代Ⅲ族元素，接受電子作為受主(典型摻雜劑為Mg)；然而，H原子的鈍化作用使得AlGaN中的Mg原子以Mg-H鍵模式存在，抑制了空穴的產(chǎn)生。(2)氮空位的自補(bǔ)償效應(yīng)：P型AlGaN中，氮空位的形成能最小，因而數(shù)量較多，起補(bǔ)償施主的作用。(3)受主雜質(zhì)較高的激活能：Mg受主的激活能會隨著AlGaN中Al組分的升高而線性增大，在AlN中Mg受主激活能高達(dá)465-758meV，這使得AlGaN中并入的Mg受主激活效率極低。(4)固溶度降低：隨著Al組分升高，作為P型摻雜劑的Mg雜質(zhì)替代Al或者Ga原子的形成能增加，導(dǎo)致高Al組分AlGaN材料中Mg原子的固溶度變低，從而造成Mg摻雜濃度極低。可見對于AlGaN材料，高遷移率、高空穴濃度的P型材料的獲得極其困難，這極大地限制了紫外、深紫外光電子器件的發(fā)展和應(yīng)用。

為了解決AlGaN材料P型摻雜的問題，人們嘗試了各種途徑。比如用高溫?zé)嵬嘶鸱ㄊ筂g-H鍵斷裂，解決H原子的鈍化的問題，利用Mg-delta摻雜、超晶格摻雜、共摻雜等方法，來提高P型AlGaN的空穴濃度，但是這些方法均沒能解決AlGaN的遷移率和空穴濃度低的問題，因此迫切需要一種新的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)高遷移率、高空穴濃度的P型AlGaN材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中P型AlGaN的遷移率低、空穴濃度低的問題，提供一種高遷移率高空穴濃度P型AlGaN材料及其生長方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案如下。

本發(fā)明的高遷移率高空穴濃度P型AlGaN材料，包括從下至上依次設(shè)置的氮化鋁層、摻雜外延層和漸變外延層；

所述氮化鋁層為Al極性面；

所述摻雜外延層的材料為Mg摻雜的P型AlGaN，摻雜外延層為金屬面極性；

所述漸變外延層為從下至上依次設(shè)置的多層結(jié)構(gòu)，每層材料皆為非故意摻雜Al_xGa_1-xN材料，且多層非故意摻雜Al_xGa_1-xN材料的Al組分從下至上逐漸減少。