[发明专利]选择超晶格位置掺杂的p型III族氮化物材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种III族氮化物半导体材料，尤其是涉及一种选择超晶格位置掺杂的p型III族氮化物材料(高组分AlGaN半导体)的制备方法。

背景技术

随着宽禁带III族氮化物半导体(包括GaN、AlGaN、InGaN)研发的进展，特别是高Al组分AlGaN半导体生长技术的突破，推动了紫外乃至深紫外发光二极管(LED)、激光器(LD)、探测器等各种光电子器件的发展和应用。然而，长期以来，III族氮化物器件的发展一直受到低p型掺杂效率的制约。作为目前应用最为广泛的III族氮化物的p型掺杂剂，Mg受主具有较高的离化能(在GaN材料中Mg受主的离化能约为150meV)以及自补偿效应，其激活率仅约为1％。在高组分AlGaN半导体中Mg受主离化能更高，并随着组分增高线性增大，致使Mg受主的激活率在高组分AlGaN半导体中特别低。当组分达到100％时，也就是在AlN半导体中，Mg受主离化能高至465～758meV，导致室温下空穴浓度仅有10¹⁰/cm³数量级(1、K.B.Nman et.al.，“Mg acceptor level in AlN probed by deep ultravioletphotoluminescence”，Appl.Phys.Lett.，83(2003)878；2、F.Mireles and S.E.ulloa，“Acceptorbinding energies in GaN and AlN”，Phys.Rev.B，58(1998)3879；3、Y.Taniyasu et.al.，“Analuminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210nanometres”，Nature，441(2006)325)。此量级的空穴浓度远不能用于制备紫外、深紫外光电子器件。近年来，调制掺杂的p型AlGaN/GaN(AlGaN/AlN)多层超晶格结构被引入用于提高Mg的激活效率，并且应用于紫外、深紫外光电子器件中(4、Y.Taniyasu et.al.，“An aluminium nitride light-emitting diode witha wavelength of 210nanometres”，Nature，441(2006)325；5、G.Kipshidze et.al.，“AlN/AlGaInNsuperlattice light-emitting diodes at 280nm”，J.Appl.Phys.，93(2002)1363；6、S.Jeon et.al.，“High performance AlGaInN ultraviolet light-emitting diode at the 340nm wavelength”，Jap.J.Appl.Phys.，43(2004)L1409)。尽管如此，当超晶格中的Al组分增加时，其电阻率依然较大，从而阻碍了GaN基光电子器件往短波长方向发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制备电阻率小、空穴浓度高的选择超晶格位置掺杂的p型III族氮化物材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)选择同质或者异质的基质材料；

2)在基质材料上进行外延生长，生长10～100个周期，形成变换叠加的垒层和阱层，在垒层与阱层的界面和阱层与垒层的界面分别掺入施主杂质和受主杂质，得到选择超晶格位置掺杂的p型III族氮化物材料；其中，每个生长周期的步骤依次为：

a.生长带隙较宽的垒层，并同时掺入受主杂质；

b.生长施主杂质或受主杂质δ掺杂层；

c.生长非掺的带隙较窄的阱层；

d.生长受主杂质或施主杂质δ掺杂层；

3)在N₂气氛下对所得的选择超晶格位置掺杂的p型III族氮化物材料退火，即得目标产物。

在步骤1)中，同质的基质材料优选氮化镓、氮化铟或氮化铝等单晶；异质的基质材料优选蓝宝石、硅单晶或碳化硅等。