[发明专利]一种p型AlGaN半导体材料及其外延制备方法

说明书

本发明公开了一种p型AlGaN半导体材料及其外延制备方法，通过周期性地分别通断III族金属Al源和Ga源，形成由数个AlN单原子层和数个GaN单原子层周期性交替叠层构成的结构，形成AlGaN数字合金；在通Ga源的同时通入受主掺杂源，提高掺杂原子的并入效率；通过周期性地改变AlN和GaN周期叠层中AlN、GaN的厚度比例，调控AlGaN数字合金中的等效Al组分，形成能带调制、降低受主离化能。其有益效果该在于：所述p型AlGaN半导体材料采用AlGaN数字合金、受主原子调制掺杂、AlGaN等效Al组分周期性调制技术制备而成，该方法可有效提高Mg的掺杂效率并增大纵向电导，从而获得高质量的p型AlGaN半导体材料。

技术领域

本发明涉及化合物半导体材料AlGaN领域，具体涉及一种p型AlGaN半导体材料及其外延制备方法。

背景技术

AlGaN半导体材料具有直接带隙且带隙可调范围广（208 nm – 365 nm），物理和化学性质稳定，抗辐射、导热能力强等特点，在发光器件（如发光二极管LED和激光二极管LD等），光探测器件（如雪崩光电二极管APD，异质结光电晶体管HPT，雪崩光电晶体管APT等）和功率电子器件（如金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、高电子迁移率晶体管HEMT等）领域具有重要应用。

然而，受限于AlGaN的外延结晶质量和p型掺杂效率，目前AlGaN基器件特别是AlGaN基光电子器件的性能都远没有达到应有的水平。一方面，由于异质外延中晶格和热失配的影响，AlGaN外延层中存在高位错密度，而位错不仅作为漏电通道会导致高的暗电流，而且作为非辐射复合中心会降低发光效率或者捕获光生载流子、降低量子效率；另一方面，低的p型掺杂效率直接导致无法获得高的空穴浓度，劣化p型层的电导特性，从而增加能量损耗，同时也会影响PN势垒、耗尽区电场分布等，对光电二极管的结构设计和改善带来不利。

对于AlGaN这种宽禁带半导体材料，影响其p型掺杂效率的因素主要有三点，即受主杂质的固溶度低、受主杂质离化能高、存在较强的施主自补偿效应。这三个因素也使得的目前p型AlGaN材料的电学性质不够理想。为了提高p型AlGaN材料的掺杂效率，研究者们提出了多种方法，主要包括超晶格掺杂，受主-施主杂质共掺杂，delta掺杂，In表面活性剂辅助Mg杂质delta掺杂等。这些方法虽然能够通过改善三个主要影响因素中的一个到三个来提高p型AlGaN材料的掺杂效率，但同时却又会引入其它衍生问题，比如超晶格掺杂或超晶格结合delta掺杂会比较显著地改善p型AlGaN的掺杂效率、提高水平方向的导电性，但却会影响纵向导电性，即阻碍载流子的纵向输运；受主-施主杂质共掺杂方法，其不仅生长窗口狭窄不易实现，而且对受主激活能的调控不显著，因而对电导特性的改善有限。

发明内容

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种p型AlGaN半导体材料，能保证高的受主杂质并入效率的同时，降低受主激活能，改善p型AlGaN外延层的纵向电导。

本发明的另一目的在于提供所述一种p型AlGaN半导体材料的外延制备方法，利用所述外延制备方法，能保证高的受主杂质并入效率，降低受主激活能，改善p型AlGaN外延层的纵向电导。

为达到本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种p型AlGaN半导体材料，包括p型AlGaN外延层，所述p型AlGaN外延层由若干个AlN和GaN周期性交替叠层组成，AlN和GaN周期性交替叠层形成具有等效Al组分的AlGaN层，并且AlGaN层的等效Al组分呈周期性变化，每个周期内可不分先后的包含以下两个部分：

（1）由AlN和GaN周期性交替叠层构成的结构，其等效Al组分较低；

（2）由AlN和GaN周期性交替叠层构成的结构，其等效Al组分较高；

其中，GaN层为p型掺杂层。