[发明专利]一种p型GaN与AlGaN半导体材料的制备方法

摘要

本发明公开一种p型GaN与AlGaN半导体材料的制备方法，包括衬底及由下往上生长在衬底上的缓冲层或过渡层、非故意掺杂层以及受主掺杂层；在该结构的生长过程中，使用氨气或二甲肼氮作为五族氮源；使用三甲基镓或三乙基镓作为三族镓源，使用三甲基铝或三乙基铝作为三族铝源，使用三甲基铟或三乙基铟作为三族铟源，统称为三族金属源；三甲基铟或三乙基铟也作为表面活性剂，在受主掺杂层中使用。本发明使用三甲基铟或三乙基铟作为表面活性剂辅助生长，同时采用delta掺杂法来制备受主掺杂层。该方法增大了受主掺杂镁原子的掺入效率，同时又能抑制其自补偿效应，从而获得良好晶体质量以及高空穴浓度的p型GaN与AlGaN半导体材料。

主权项

一种p型GaN半导体材料的制备方法，其特征在于，包括衬底及由下往上生长在衬底上的缓冲层或过渡层、非故意掺杂层以及受主掺杂层；在生长过程中，使用氨气或二甲肼氮作为五族氮源；使用三甲基镓或三乙基镓作为三族镓源，使用三甲基铝或三乙基铝作为三族铝源，使用三甲基铟或三乙基铟作为三族铟源，统称为三族金属源；三甲基铟或三乙基铟也作为表面活性剂，在受主掺杂层中使用；具体包括以下步骤：（1）将衬底置于反应腔内；（2）在衬底上采用外延生长方法生长缓冲层或过渡层；缓冲层或过渡层为低温或者高温生长的非故意掺杂三族氮化物或其多元合金材料；在生长过程中，使用氢气、氮气或氢氮混合气体作为载流气体，向反应腔内同时通入三族镓源及五族氮源生长缓冲层或过渡层；其厚度介于5 nm到500 nm之间；（3）在缓冲层或过渡层上采用外延生长方法生长非故意掺杂层；非故意掺杂层为高温生长的非故意掺杂三族氮化物或其多元合金材料；在生长过程中，使用氢气、氮气或氢氮混合气体作为载流气体，向反应腔内同时通入三族镓源及五族氮源生长非故意掺杂层，其生长温度为1000℃～1200℃；其厚度介于0.1µm到5 µm之间；（4）在非故意掺杂层上采用外延生长方法生长受主掺杂层；受主掺杂层为采用表面活性剂辅助delta掺杂方法生长的p型GaN半导体材料，其厚度介于100 nm到1000 nm之间，其生长温度为800℃～1180℃；该生长方法具体包含以下四个步骤：S1：沉积非故意掺杂层：使用氢气、氮气或氢氮混合气体作为载流气体，保持五族氮源持续通入，通入三族镓源及表面活性剂，生长非故意掺杂层；在沉积该层时，通入三甲基铟或三乙基铟表面活性剂辅助生长；S2：吹扫：使用氢气、氮气或氢氮混合气体作为载流气体，保持五族氮源持续通入，断开三族镓源和表面活性剂15 s～45 s，吹扫已经生长的非故意掺杂层表面，使得表面已沉积的三族金属原子发生解吸附；S3：掺杂：使用氢气、氮气或氢氮混合气体作为载流气体，保持五族氮源持续通入，保持三族镓源以及表面活性剂断开，通入二茂镁受主掺杂剂12 s～84 s，使受主掺杂镁原子进入GaN半导体材料的晶格中；S4：循环以上三步骤10至100周期，直至达到所要求的生长厚度；（5）使用氮气作为载流气体，反应腔降温至室温，将生长有外延结构的衬底从反应腔内取出，即可得到采用表面活性剂辅助delta掺杂方法生长的p型GaN半导体材料；（6）将步骤（5）中的p型GaN半导体材料在氮气环境下进行热退火，打断Mg‑H键，激活受主掺杂镁原子；退火温度为500℃～980℃，退火时间为30 s～3000 s。