專利名稱：一種提高鎂在Ⅲ-Ⅴ族氮化物中激活效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用鎂對ni-v氮化物進行p型摻雜的技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種提高 鎂在iii-v族氮化物中激活效率的方法。
背景技術(shù)：
GaN， InGaN， AlGaN， AlInGaN， AlInN等III-V族化合物，由于在光電子等領(lǐng)域的廣 泛應(yīng)用，引起了世界范圍內(nèi)科研工作者和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。GaN的研究始于上世紀三十年代， 初期的研究只限于GaN粉末晶體，直到六七十年代，隨著MOCVD和MBE等外延設(shè)備的研究和 發(fā)展，才對GaN薄膜材料有了更進一步的了解。 由于GaN晶體的熔點和飽和蒸汽壓很高，很難通過熔融的方法制得GaN的單晶體， 所以GaN材料及器件一般是在藍寶石、硅片等異質(zhì)襯底....匕進行外延生長的。但是藍寶石、 硅片等異質(zhì)襯底與GaN的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)差別非常的大，所以在這些襯底上外延的 GaN薄膜上存在著失配位錯，不利于GaN基電子元器件的性能提高。所以在藍寶石、硅片等 異質(zhì)襯底上外延GaN薄膜時，緩沖層的選擇就顯得非常重要。 在GaN材料的異質(zhì)外延發(fā)展中，具有決定意義的工作是由Akasaki領(lǐng)導的小組完 成的。1986年，他們使用低溫AIN緩沖層在藍寶石襯底上異質(zhì)外延GaN薄膜，結(jié)果他們發(fā)現(xiàn) GaN外延膜的晶體質(zhì)量有了很大的改善，本底電子濃度也降低了很多。不久，Nakaraura領(lǐng)導 的小組發(fā)現(xiàn)低溫GaN緩沖層也能極大的改善GaN的晶體質(zhì)量。 制作GaN基光電子和微電子器件的另外一個困難是GaN基材料的n型和p型摻雜。 我們知道，制作GaN基LED必須有足夠數(shù)量的電子和空穴注入，Si和Mg是III-V氮化物的 最有效的摻雜劑。 在Al組分較低時，Si在AlGaN中是淺施主，但是隨著A1組分的增加，Si的電離能 會增加，最終轉(zhuǎn)化為深能級DX中心。同時，作為n型補償中心，III族空位(Vea和VM)濃度 也會隨著Al組分的增加而增加。而且，Si的摻入還會增加材料中的張應(yīng)變，當摻Si濃度 很高時甚至會導致裂紋的產(chǎn)生。這些都增加了 n型低阻A:I.GaN(特別是高Al組分)材料生 長的難度。 而p型摻雜一直是氮化物的難點之一。Mg在GaN基材料中的電離能很高，在GaN 中150mev。而在AlGaN材料中，Mg的有效摻雜就更加的困難了 ，因為隨著Al組分的增加， Mg的電離能迅速增加，在A:I.N材料中Mg的電離能達到了 500,0所以Mg的激活非常困 難。GaN基材料中很容易形成氮空位(VN)這種p型補償中心。為了提高Mg雜質(zhì)的激活效 率，Nakamura等人采用調(diào)制摻雜的p型AlGaN/GaN超晶格代替均勻摻雜的p型AlGaN,提 高Mg的電離效率，從而大大提高空穴的濃度。在極化作用下AlGaN/GaN中有著很強的內(nèi)建 電場，這使得價帶頂呈鋸齒狀，從而一些Mg雜質(zhì)能級可以落在費米(Fermi)能級以下而電 離。但是AlGaN/GaN超晶格的價帶頂是很多周期性的空穴勢壘,這不利于空穴的垂直輸運。 Kauser等人采用Al組分漸變的Al,Ga卜XN層代替原來的單一組分的AlGaN層，使得極化電 荷從原來的界面處的二維分布變?yōu)榭臻g的均勻分布，這樣大大降低了空穴勢壘,提高了空
3穴的垂直電導。M. L. Nakarmi等人采用Mg delta摻雜的方法來提高Mg在AlGaN材料中的 摻雜效率。生長15nm左右的AlGaN層之后，中斷Al， Ga源的輸入，只通Mg和NH3。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題 本發(fā)明的主要目的在于提供一種提高鎂在III-V族氮化物中激活效率的方法，以 提高鎂在III-V族氮化物中的激活效率，增加p型III-V族氮化物中空穴的濃度。
(二)技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種提高鎂在iii-v族氮化物中激活效率的方 法，該方法是在鎂摻雜的p型III-V族氮化物的表面蒸鍍一層2nm至lOnm的金屬鈦，然后 在N2氣氛下退火，并用酸性液體洗掉蒸鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦。
上述方案中，所述鎂摻雜的P型III-V族氮化物是使用二茂基鎂作為摻雜劑的p
型iii-v族氮化物。 上述方案中，所述蒸鍍采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法實現(xiàn)。 上述方案中，對于提高單層p型III-V族氮化物中鎂的激活效率，該方法具體包 括 將藍寶石襯底放入MOCVD設(shè)備中，在藍寶石襯底上外延生長-一層GaN或者A1N低 溫緩沖層； 在GaN或者A1N低溫緩沖層上外延生長一層沒有摻雜的111-V族氮化物； 從MOCVD設(shè)備中取出....匕述外延材料，在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型III-V族 氮化物上采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法鍍一層2nm至lOnm的金屬鈦；
在N2氣氛下對上述外延材料進行退火處理，退火的溫度為5()(rC至75()°C ，退火的 時間為》15分鐘； 使用酸性液體王水洗掉鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦；
使用氮氣槍吹干。 上述方案中，對于提高LEI)結(jié)構(gòu)中p型111-V族氮化物中鎂的激活效率，該方法具 體包括 將襯底放入MOCVD設(shè)備中，在襯底....匕外延生長藍綠光LED,該藍綠光LED的最....匕層 外延層為使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型III-V族氮化物； 從MOCVD設(shè)備中取出上述外延生長的藍綠光LED,在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p 型III-V族氮化物上采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法鍍一層2nm至lOnm的金屬鈦；
在N2氣氛F對上述外延材料進行退火處理，退火的溫度為50(TC至750°C ，退火的 時間為》15分鐘； 使用酸性液體王水洗掉鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦；
使用氮氣槍吹干。 上述方案中，對于提高其他結(jié)構(gòu)中p型III-V族氮化物中鎂的激活效率，該方法具 體包括
4
取出在M0CVD設(shè)備中外延的、使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型III-V族氮化物；
在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型III-V族氮化物上，采用電子束蒸發(fā)或者濺射 的方法鍍一層2醒至lOnm的金屬鈦； 在N2氣氛下對上述外延材料進行退火處理,退火的溫度為500。C至750°C ，退火的 時間為》15分鐘; 使用酸性液體王水洗掉鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦；
使用氮氣槍吹干。
(三)有益效果 本發(fā)明提供的這種提高鎂在III-V族氮化物中激活效率的方法，在鎂摻雜的p型 III-V族氮化物的表面蒸鍍一層2nm至lOnm的金屬鈦，然后在N2氣氛下退火，并用酸性液 體洗掉蒸鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦，使鎂在III-V族氮化物中的激活效率大大
的提高，增加了 p型i工卜v族氮化物中空穴的濃度。


圖1為本發(fā)明提供的提高鎂在III-V族氮化物中激活效率的方法流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。 在使用MOCVD設(shè)備外延摻雜鎂的p型111-V族氮化物的過程中， 一般采用H2作為 載氣，形成的Mg-H鍵，使鎂在III-V族氮化物中的激活效率大大的降低。本發(fā)明采用--種 新的方法，如圖1所示，該方法是在鎂摻雜的P型III-V族氮化物的表面蒸鍍一層2nm至 lOnm的金屬鈦,然后在N2氣氛下退火，并用酸性液體洗掉蒸鍍在p型III-V族氮化物上的 金屬鈦，使鎂在II]-V族氮化物中的激活效率大大的提高，增加p型II :1 -V族氮化物中空穴 的濃度。 本發(fā)明的具體實施步驟如下( — )、提高單層p型III-V族氮化物中鎂的激活效率，該方法具體包括 將藍寶石襯底放入MOCVD設(shè)備中，在藍寶石襯底上外延生長一層GaN或者A1N低
溫緩沖層； 在GaN或者A1N低溫緩沖層上外延生長一層沒有摻雜的111_V族氮化物； 在沒有摻雜的III-V族氮化物上外延生長一層使用二茂基鎂(Cp2Mg)作為摻雜劑
的p型III-V族氮化物； 從MOCVD設(shè)備中取出上述外延材料，在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型III-V族 氮化物上采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法鍍一層2nm至lOnm的金屬鈦；
在N2氣氛下對上述外延材料進行退火處理，退火的溫度為500°C至750°C ，退火的 時間為》15分鐘； 使用酸性液體王水洗掉鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦；
使用氮氣槍吹千。
( 二 )、提高LED結(jié)構(gòu)中p型III-V族氮化物中鎂的激活效率，該方法具體包括
將襯底放入M0CVD設(shè)備中，在襯底上外延生長藍綠光LED,該藍綠光LED的最上層 外延層為使用二茂基鎂作為摻雜劑的P型III-V族氮化物； 從MOCVD設(shè)備中取出上述外延生長的藍綠光LED,在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p 型I]:]-V族氮化物上采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法鍍一層2rnri至l()nm的金屬鈦；
在N2氣氛下對上述外延材料進行退火處理，退火的溫度為SO(TC至750°C ，退火的
時間為》15分鐘； 使用酸性液體王水洗掉鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦；
使用氮氣槍吹干。(三)、提高其他結(jié)構(gòu)中p型III-V族氮化物中鎂的激活效率，該方法具體包括
取出在MOCVD設(shè)備中外延的、使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型III-V族氮化物；
在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型III-V族氮化物上，采用電子束蒸發(fā)或者濺射 的方法鍍一層2nm至l()nra的金屬鈦； 在N2氣氛下對上述外延材料進行退火處理，退火的溫度為SO(TC至750°C ，退火的 時間為》15分鐘； 使用酸性液體王水洗掉鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦；
使用氮氣槍吹干。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進-步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，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)，所做的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種提高鎂在III-V族氮化物中激活效率的方法，其特征在于，該方法是在鎂摻雜的p型III-V族氮化物的表面蒸鍍一層2nm至10nm的金屬鈦，然后在N2氣氛下退火，并用酸性液體洗掉蒸鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鎂在I11-V族氮化物中激活效率的方法,其特征在于，所述鎂摻雜的p型in-v族氮化物是使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型i工卜v族氮化物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的提高鎂在ni-v族氮化物中激活效率的方法，其特征在于，所 述蒸鍍采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法實現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鎂在I11-V族氮化物中激活效率的方法,其特征在于，對于提高單層p型iii-v族氮化物中鎂的激活效率，該方法具體包括將藍寶石襯底放入MOCVD設(shè)備中，在藍寶石襯底上外延生長一層GaN或者A1N低溫緩 沖層；在GaN或者A1N低溫緩沖層上外延生長一層沒有摻雜的III-V族氮化物；在沒有摻雜的in-v族氮化物上外延生長一層使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型i]::[-v族氮化物；從MOCVD設(shè)備中取出上述外延材料，在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型III-V族氮化 物上采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法鍍一層2nm至10nm的金屬鈦；在N2氣氛下對上述外延材料進行退火處理，退火的溫度為500。C至750°C ，退火的時間 為》15分鐘;使用酸性液體王水洗掉鍍在P型III-V族氮化物上的金屬鈦； 使用氮氣槍吹干。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鎂在III-V族氮化物中激活效率的方法，其特征在于，對 于提高LED結(jié)構(gòu)中p型III-V族氮化物中鎂的激活效率，該方法具體包括將襯底放入MOCVD設(shè)備中，在襯底上外延生長藍綠光LED，該藍綠光LED的最上層外延 層為使用二茂基鎂作為摻雜劑的P型III-V族氮化物；從MOCVD設(shè)備中取出上述外延生長的藍綠光LED，在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型 III-V族氮化物上采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法鍍一層2nm至lOnm的金屬鈦；在N2氣氛下對....匕述外延材料進行退火處理，退火的溫度為50(TC至75(TC ，退火的時間 為》15分鐘；使用酸性液體王水洗掉鍍在p型]::[:[-v族氮化物上的金屬鈦； 使用氮氣槍吹干。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鎂在III-V族氮化物中激活效率的方法，其特征在于，對于提高其他結(jié)構(gòu)中p型in-v族氮化物中鎂的激活效率，該方法具體包括取出在M()cvi)設(shè)備中外延的、使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型in-v族氮化物； 在使用二茂基鎂作為摻雜劑的p型ni-v族氮化物上，采用電子束蒸發(fā)或者濺射的方法鍍一層2nm至lOnm的金屬鈦；在N2氣氛下對上述外延材料進行退火處理，退火的溫度為50(TC至750°C ，退火的時間 為》15分鐘；使用酸性液體王水洗掉鍍在p型iii-v族氮化物上的金屬鈦； 使用氮氣槍吹千。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高鎂在III-V族氮化物中激活效率的方法，該方法是在鎂摻雜的p型III-V族氮化物的表面蒸鍍一層2nm至10nm的金屬鈦，然后在N2氣氛下退火，并用酸性液體洗掉蒸鍍在p型III-V族氮化物上的金屬鈦。利用本發(fā)明，使鎂在III-V族氮化物中的激活效率大大的提高，增加了p型III-V族氮化物中空穴的濃度。
文檔編號C23C14/34GK101740690SQ200910241699
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者劉乃鑫, 劉喆, 李京波, 李晉閩, 王軍喜, 紀攀峰, 閆建昌 申請人:中國科學院半導體研究所