[发明专利]一种对Ⅲ-Ⅴ氮化物进行n型和p型掺杂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用硅和镁对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的技术领域，尤其涉及一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法。

背景技术

GaN，InGaN，AlGaN，AlInGaN，AlInN等III-V族化合物，由于在光电子等领域的广泛应用，引起了世界范围内科研工作者和产业界的关注。GaN的研究始于上世纪三十年代，初期的研究只限于GaN粉末晶体，直到六七十年代，随着MOCVD和MBE等外延设备的研究和发展，才对GaN薄膜材料有了更进一步的了解。

由于GaN晶体的熔点和饱和蒸汽压很高，很难通过熔融的方法制得GaN的单晶体，所以GaN材料及器件一般是在蓝宝石、硅片等异质衬底上进行外延生长的。但是蓝宝石、硅片等异质衬底与GaN的晶格常数和热膨胀系数差别非常的大，所以在这些衬底上外延的GaN薄膜上存在着失配位错，不利于GaN基电子元器件的性能提高。所以在蓝宝石、硅片等异质衬底上外延GaN薄膜时，缓冲层的选择就显得非常重要。

在GaN材料的异质外延发展中，具有决定意义的工作是由Akasaki领导的小组完成的。1986年，他们使用低温AlN缓冲层在蓝宝石衬底上异质外延GaN薄膜，结果他们发现GaN外延膜的晶体质量有了很大的改善，本底电子浓度也降低了很多。不久，Nakamura领导的小组发现低温GaN缓冲层也能极大的改善GaN的晶体质量。

制作GaN基光电子和微电子器件的另外一个困难是GaN基材料的n型和p型掺杂。我们知道，制作GaN基LED必须有足够数量的电子和空穴注入，Si和Mg是III-V氮化物的最有效的掺杂剂。

在Al组分较低时，Si在AlGaN中是浅施主，但是随着Al组分的增加，Si的电离能会增加，最终转化为深能级DX中心。同时，作为n型补偿中心，III族空位(V_Ga和V_Al)浓度也会随着Al组分的增加而增加。而且，Si的掺入还会增加材料中的张应变，当掺Si浓度很高时甚至会导致裂纹的产生。这些都增加了n型低阻AlGaN(特别是高Al组分)材料生长的难度。

而p型材料一直是氮化物的难点之一。Mg在GaN基材料中的电离能很高，在GaN中150mev。而在AlGaN材料中，Mg的有效掺杂就更加的困难了，因为随着Al组分的增加，Mg的电离能迅速增加，在AlN材料中Mg的电离能达到了500mev。所以Mg的激活非常困难。GaN基材料中很容易形成氮空位(V_N)这种p型补偿中心。为了提高Mg杂质的激活效率，Nakamura等人采用调制掺杂的p型AlGaN/GaN超晶格代替均匀掺杂的p型AlGaN，提高Mg的电离效率，从而大大提高空穴的浓度。在极化作用下AlGaN/GaN中有着很强的内建电场，这使得价带顶呈锯齿状，从而一些Mg杂质能级可以落在Fermi能级一下而电离。但是AlGaN/GaN超晶格的价带顶是很多周期性的空穴势垒，这不利于空穴的垂直输运。Kauser等人采用Al组分渐变的Al_xGa_1-xN层代替原来的单一组分的AlGaN层，使得极化电荷从原来的界面处的二维分布变为空间的均匀分布，这样大大降低了空穴势垒，提高了空穴的垂直电导。M.L.Nakarmi等人采用Mg delta掺杂的方法来提高Mg在AlGaN材料中的掺杂效率。生长15nm左右的AlGaN层之后，中断Al，Ga源的输入，只通Mg和NH₃。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，以实现利用Si和Mg对III-V氮化物进行n型和p型的有效掺杂。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，该方法包括：

步骤1：通入III族有机源和V族NH₃；

步骤2：关闭III族有机源，通入SiH₄或Cp₂Mg进行掺杂；

步骤3：关闭SiH₄或Cp₂Mg，重复步骤1和2至所需要的外延层厚度。

上述方案中，步骤2中所述关闭III族有机源时，通入III族有机源的持续时间为10秒。

上述方案中，步骤3中所述关闭SiH₄或Cp₂Mg时，通入SiH₄或Cp₂Mg的持续时间为10秒。