[发明专利]低电阻率P型氮化镓材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低电阻率P型氮化镓材料的制备方法，该制备方法包括：对衬底升温，在氢气环境下热处理，去除衬底表面的杂质；在衬底上生长低温成核层，为后续生长材料提供成核中心；在低温成核层上生长一层非故意掺杂模板层；在非故意掺杂模板层上低温外延生长一层具有一定氢杂质浓度的P型氮化镓层；在氮气环境下，高温退火使P型氮化镓层中受主激活，得到低电阻率P型氮化镓材料。本发明，通过用氢杂质与施主缺陷(如氮空位)形成络合物，钝化施主缺陷的方法减轻p型氮化镓材料中的受主补偿作用，达到降低P型氮化镓材料电阻率的目的。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，特别是涉及一种低电阻率P型氮化镓材料及其制备方法。

背景技术

蓝绿色发光二极管(LED)在显示、控制和通讯领域有着极其重要的应用，已成为当前全彩色显示以及交通信号标志中不可缺少的元件。蓝光激光二极管(LD)用于高密度存储光盘比用红光激光二极管存储密度提高近四倍，能更好的满足信息时代的需求。此外，蓝光激光二极管在医疗诊断、海底探潜等方面也有很大的应用价值。

但是，为了得到较长的发光波长，蓝绿光LED和LD的有源区都采用比较高铟组分的多量子阱结构(一般铟组分要大于20％)。高铟组分铟镓氮在高温下不稳定，后续高温生长P型氮化镓会造成铟镓氮量子阱的分解，衰减LED及LD的光学和电学性质。所以，为了保护高铟组分量子阱，实现高性能蓝绿光LED和LD，必须采用较低的生长温度生长P型氮化镓层。然而低温生长的P型氮化镓层一般电阻率较高，空穴浓度偏低。到目前为止，这仍然是限制蓝绿光LED和LD发展的障碍。

一般来说，造成P型氮化镓电阻率高的原因有两个，一个是受主难电离，Mg杂质的电离能高达150meV，室温下电离率只有1％左右，造成空穴浓度较低。并且Mg受主经常被氢原子钝化，形成中性的Mg-H络合物。另外一个是P型氮化镓材料中受主补偿作用严重，研究发现除高掺镁导致的自补偿外，缺陷导致的受主补偿也是非常重要的。

通常情况下，为了减低p型氮化镓材料的电阻率，会对外延片进行高温退火，目的是使Mg-H络合物分解，使Mg受主激活。然而我们最近研究发现，氢除了可以和Mg形成络合物外，还可能与常见的缺陷，例如氮空位结合。由于在GaN材料中缺陷密度非常高，而且氮空位在P型氮化镓中显施主特性，是有效的受主补偿中心，所以氮空位等缺陷的存在会造成P型氮化镓材料电阻率升高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种低电阻率P型氮化镓材料的制备方法，通过用氢杂质钝化施主缺陷的方法以减轻p型氮化镓中受主补偿作用，达到降低P型氮化镓材料电阻率的目的。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提出一种低电阻率P型氮化镓材料的制备方法，该方法包括：步骤1：对衬底升温，在氢气环境下热处理，去除衬底表面的杂质；步骤2：在衬底上生长低温成核层，为后续生长材料提供成核中心；步骤3：在低温成核层上生长一层非故意掺杂模板层；步骤4：在非故意掺杂模板层上低温外延生长一层具有氢杂质浓度的P型氮化镓层，形成外延片；步骤5：在氮气环境下，将外延片高温退火使P型氮化镓层中受主激活，同时防止氢与缺陷形成的络合物分解，得到低电阻率P型氮化镓材料。

根据本发明的另一方面，提出一种低电阻率P型氮化镓材料，该材料由下到上依次包括衬底、低温成核层、非故意掺杂模板层和低温生长具有氢杂质浓度的P型氮化镓层，其中，对衬底升温，在氢气环境下热处理，去除衬底表面的杂质，在衬底上生长低温成核层，为后续生长材料提供成核中心，在低温成核层上生长一层非故意掺杂模板层，在非故意掺杂模板层上低温外延生长一层具有氢杂质的P型氮化镓层，使氢杂质可以与施主缺陷形成络合物，钝化施主，在氮气环境下，将生长得到的外延片高温退火使P型氮化镓层中受主激活，同时防止氢与缺陷形成的络合物分解，得到低电阻率P型氮化镓材料。

(三)有益效果