专利名称：金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法
技术领域：
本发明涉及光电技术中III-V族氮化物P型掺杂领域，具体是关于金属催化脱氢 提高镁掺杂氮化物激活效率的方法。
背景技术：
长期以来，氮化镓(GaN)基光电子器件的发展一直受到ρ型GaN质量的制约。自 从Nakamura在ρ型GaN材料制备上取得的突破性进展，镁就成为了应用最为广泛的III/ V族氮化物的ρ型掺杂剂。但目前制备具有高的空穴浓度、低电阻率及高晶体质量的镁掺 杂ρ型GaN材料仍然困难重重，远没有达到人们的预期目标。例如对于蓝绿光LED的应用 来说，ρ型GaN通常位于器件的最上层，如果ρ型GaN质量不好，就不能实现理想的欧姆接 触。不仅使得器件的电学性能下降、器件的性能退化、降低可靠性与寿命，而且会产生强的 光吸收，降低器件的出光效率。另一方面，为了保证下面InGaN量子阱不发生分解和偏析， P-GaN生长温度必须控制1000°C以内，然而GaN的低温生长又影响了材料质量和掺杂物的 激活率。因此，如何获得低温生长的高激活P-GaN就成为了当前最迫切解决的问题。
在当前通常的MOCVD生长工艺中，作为载气的氢气及反应物氨气和有机源分解出 的氢与镁结合成Mg-H络合物而钝化GaN外延层中镁受主，因此直接掺杂镁的GaN电阻率高 达108Ω κπι，呈现为η型。镁掺杂GaN中镁与氢可以产生多种形式的复合体，有Mg-H直接 成键，间隙式 Mgi 复合 H-Mg-H，替位式 Mgea 复合体 Mgea-N-H、Mgea-N-Gai-H2 和 Mgea-Mgi-H 等 形式，这些都严重降低了 ρ型GaN中的有效空穴浓度。1992年，Nakamura把镁掺杂ρ型GaN 在750°C氮气气氛下热退火，获得了较高空穴浓度的GaN(参考文献S. Nakamura, N. Iwasa, M. Senoh, and Τ. Mukai，Jpn. J. App 1. Phys, 34，L797 (1992))，热退火技术成为 了 ρ 型 GaN 激 活的标准工艺。如何进一步打断Mg-H键被打断从而使氢逸出，成为了决定ρ型GaN活化的 重要因素，因此，寻找新的催化脱氢金属材料来去氢而激活镁，实现高退火效率，就成为了 一个有重要应用意义的课题。发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高镁在ρ型GaN基材料中激 活效率的方法，该方法使镁掺杂GaN材料中获得更高的空穴浓度。
为实施上述目的，本发明的主要技术方案为一种金属催化脱氢提高镁掺杂氮化 物激活效率的方法，包括如下步骤
步骤1 用溅射或者蒸发的方法在ρ型氮化物样品表面沉积一层金属薄层；
步骤2 对沉积金属薄层的ρ型氮化物进行退火；
步骤3 用酸溶液去除ρ型氮化物样品表面的金属薄层；
步骤4 用去离子水对去除了金属薄层的ρ型氮化物样品表面清洗干净。
其中金属薄层为钼或钼。
其中金属薄层的厚度为2-lOnm。3
其中退火是在氮气或空气条件下进行，退火的温度为500-750°C，退火的时间为 5-20分钟。
其中ρ型氮化物样品包括GaN、AlN、hN、AlGaN或者InGaN。
其中ρ型氮化物是使用二茂基镁作为掺杂剂的ρ型氮化物。
其中去除ρ型氮化物样品表面金属薄层的溶液为王水水浴并加热。
为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施方式
对本发明作一详细的描述， 其中
图1为本发明提供的提高镁在ρ型氮化物中激活效率的方法流程图2为退火后ρ-GaN的SIMS结果测量；
图3为退火后P-GaN上Ni/Au电极的I-V特性。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方 法，包括如下步骤
步骤1-S10 用溅射或者蒸发的方法在ρ型氮化物样品表面沉积一层金属薄层，该 金属层为可以催化脱氢的钼或钼金属，该金属薄层的厚度为2-lOnm范围；所述ρ型氮化物 样品包括GaN、A1N、InN, AlGaN或者InGaN等III-V族化合物半导体材料；
步骤2-S20 对沉积金属薄层的ρ型氮化物进行退火，所述退火是在氮气或空气条 件下进行，退火的温度为500-750°C，退火的时间为5-20分钟以保证氢有效去除；
步骤3-S30 用酸溶液去除ρ型氮化物样品表面的金属薄层，所述去除P型氮化物 样品表面的金属薄层的溶液为王水水浴并加热，时间在10-30分钟，以保证金属薄层能被 彻底腐蚀去除；
步骤4-S40 用去离子水对去除了金属薄层的ρ型氮化物样品表面清洗干净，去除 表面残留酸液。
其中该镁掺杂ρ型氮化物是使用二茂基镁作为掺杂剂的P型氮化物。
实施实例1
运用MOCVD外延炉在蓝宝石衬底上生长GaN低温缓冲层、非掺杂GaN和镁掺杂 GaN，其中p-GaN生长温度为950°C，200torr压力下采用氢气做载气，镁流量为llOsccm。从 外延炉中取出P-GaN材料，采用电子束蒸发的方法镀一层2nm-10nm的金属钼或者钼薄层， 沉积温度是室温下，气压为IO-6Torr,沉积速率为0. lnm/s。然后在氮气气氛中进行高温退 火处理，最佳退火温度为700-720°C，退火时间为5-20min。随后在40_60°C下水浴加热，用 王水(HNO3 HCl = I 3)腐蚀10-30分钟，去除金属薄层，用去离子水多次冲洗，清除酸 液，用氮气枪吹干样品。
表一所示是上述ρ型GaN膜的室温电学性能，通过采用钼和钼金属催化，GaN的空 穴浓度均提高一倍以上，电阻率明显降低。
同时图2也给出了型GaN外延层中H浓度的二次离子质谱SIMS的结果，金属钼和 钼显示出了明显的去氢效果，GaN中氢的浓度变为未使用金属催化样品的30-60%，从而提高的镁的活化效率。图3也显示了金属催化对型GaN上M/Au电极的电学特性的影响，电 阻降低明显。
实施实例2
运用MOCVD外延炉在蓝宝石衬底上生长AlN低温缓冲层、非掺杂AlN和镁掺 杂AWaN，其中ρ型AWaN生长温度为1080 V，200torr压力下采用氢气做载气，镁流量 为llOsccm，铝流量为120sCCm，从外延炉中取出ρ型AKiaN材料，采用电子束蒸发的方法 镀一层2nm-10nm的金属钼或者钼薄层，沉积温度是室温下，气压为10_6Τοπ·，沉积速率为 0. lnm/s。然后在氮气气氛中进行高温退火处理，最佳退火温度为700-720°C，退火时间为 5-20min。随后在40_60°C下水浴加热，用王水(HNO3 HCl = 1 3)腐蚀10-30分钟，去 除金属薄层，用去离子水多次冲洗，清除酸液，用氮气枪吹干样品。本发明可有效提高P型 AlGaN材料中镁的激活效率，降低AWaN中镁激活能较高带来的影响。
实施实例3
运用MOCVD外延炉在蓝宝石衬底上生长AlN低温缓冲层、非掺杂GaN和镁掺 杂InGaN，其中ρ型InGaN生长温度为750°C，200torr压力下采用氮气做载气，镁流量 为llOsccm，铟流量为160SCCm，从外延炉中取出ρ型^iGaN材料，采用电子束蒸发的方法 镀一层2nm-10nm的金属钼或者钼薄层，沉积温度是室温下，气压为10_6Τοπ·，沉积速率为 0. lnm/s。然后在氮气气氛中进行高温退火处理，最佳退火温度为700-720°C，退火时间为 5-20min。随后在40_60°C下水浴加热，用王水(HNO3 HCl = 1 3)腐蚀10-30分钟，去 除金属薄层，用去离子水多次冲洗，清除酸液，用氮气枪吹干样品。本发明可有效提高P型 InGaN材料中镁的激活效率。
实施实例4
运用MOCVD外延炉在蓝宝石衬底上生长蓝绿光LED，具体过程为依次生长低温缓 冲层、非掺GaN、掺硅GaN、InGaN/GaN多量子阱以及镁掺杂GaN，从外延炉中取出LED外延 片，采用电子束蒸发的方法镀一层2nm-10nm的金属钼或者钼薄层，沉积温度是室温下，气 压为10_6Τοπ·，沉积速率为0. lnm/s。然后在氮气气氛中进行高温退火处理，最佳退火温度 为700-720°C，退火时间为5-20min。随后在40_60°C下水浴加热，用王水(HNO3 HCl = 1 3)腐蚀10-30分钟来去除金属薄层，用去离子水多次冲洗，清除酸液，用氮气枪吹干样 品。本发明可形成低阻的接触层，降低P型GaN欧姆接触和LED的串联电阻，提高LED性能。
本发明退火后金属催化ρ型GaN的霍尔测试的结果，请参阅表一所示
表一
P-GaN条件电阻率空穴浓度迁移率接触电阻率(Qcm)(cm 3)(cra2/V s)2 (ΩΟΙ )未用金属催化1. 772. 2X101726. 112. 2X10—2Pt催化0. 485. 3X101723.62.9X10—2Mo催化0. 465. IXlO1724. 813. 6X IO"2
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法，包括如下步骤步骤1 用溅射或者蒸发的方法在P型氮化物样品表面沉积一层金属薄层；步骤2 对沉积金属薄层的ρ型氮化物进行退火；步骤3 用酸溶液去除ρ型氮化物样品表面的金属薄层；步骤4 用去离子水对去除了金属薄层的ρ型氮化物样品表面清洗干净。
2.如权利要求1所述的采用金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法，其中金 属薄层为钼或钼。
3.如权利要求1或2所述的采用金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法，其 中金属薄层的厚度为2-lOnm。
4.如权利要求1所述的采用金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法，其中退 火是在氮气或空气条件下进行，退火的温度为500-750°C，退火的时间为5-20分钟。
5.如权利要求1所述的采用金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法，其中P 型氮化物样品包括GaN、A1N、InN, AlGaN或者InGaN。
6.如权利要求1所述的采用金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法，其中P 型氮化物是使用二茂基镁作为掺杂剂的P型氮化物。
7.如权利要求1所述的采用金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法，其中去 除P型氮化物样品表面金属薄层的溶液为王水水浴并加热。
全文摘要
本发明提供一种金属催化脱氢提高镁掺杂氮化物激活效率的方法，包括如下步骤步骤1用溅射或者蒸发的方法在p型氮化物样品表面沉积一层金属薄层；步骤2对沉积金属薄层的p型氮化物进行退火；步骤3用酸溶液去除p型氮化物样品表面的金属薄层；步骤4用去离子水对去除了金属薄层的p型氮化物样品表面清洗干净。
文档编号C23C14/18GK102031484SQ20101051407
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者刘乃鑫, 曾一平, 李晋闽, 王军喜, 路红喜, 魏同波 申请人:中国科学院半导体研究所