低电阻率p型氮化镓材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]—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I %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。
[0005]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形成络合物夕卜，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】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]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。
[0008](二)技术方案
[0009]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。
[0010]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。
[0011](三)有益效果
[0012]与以往的技术相比，本发明具有如下有益效果:1、本发明提供的低电阻率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减轻受主补偿作用，达到降低P型氮化镓材料电阻率的目的。2、利用本发明提供的P型氮化镓材料的制备方法制备的低温生长的P型氮化镓材料，具有较低的电阻率。应用于蓝绿光发光二极管和激光器结构中，可以降低器件的串联电阻和开启电压，并可以有效的保护高铟组分铟镓氮量子阱结构，提高蓝绿光器件的发光强度。
【附图说明】
[0013]图1是本发明提供的低电阻率P型氮化镓材料的结构示意图；
[0014]图2是本发明提供的低电阻率P型氮化镓材料的制备方法流程图。
【具体实施方式】
[0015]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0016]图1示出了本发明提出的一种低电阻率P型氮化镓材料的结构示意图。如图1所示，该低电阻率P型氮化镓材料由下到上依次包括衬底10、低温成核层11、非故意掺杂模板层12和低温生长具有一定氢杂质浓度的P型氮化镓层13。其中:该衬底10为蓝宝石衬底或碳化硅衬底或氮化镓衬底。低温成核层11制作在衬底10上，其材料为氮化镓或氮化铝，生长温度为500-6001，厚度为20-3011111，该低温成核层11为后续生长材料提供成核中心。非故意掺杂模板层12制作在低温成核层11上，其生长温度为1040°C，厚度为2μπι，该非故意掺杂模板层12用于减少外延层位错密度。低温生长的具有一定氢杂质浓度的P型氮化镓层13制作在非故意掺杂模板层12上，其是以镁作为受主掺杂剂，空穴浓度在I X 117Cnf3-1 X 118Cnf3，生长温度为900-1000°C。
[0017]其中该低电阻率P型氮化镓材料是利用MOCVD设备，并用三甲基镓和氨气作为镓源和氮源，以氢气、氮气或氮气与氢气的混合气为载气生长的；
[0018]基于图1所示的低电阻率P型氮化镓材料，图2示出了一种低电阻率P型氮化镓材料的制备方法，该方法包括以下步骤:
[0019]步骤1:将一衬底10升温，在氢气环境下热处理，去除衬底表面的杂质。所述衬底的材料为蓝宝石、碳化硅或氮化镓，所述衬底升温的温度为1080°C;
[0020]步骤2:在衬底10上生长一层低温成核层11，该低温成核层生长温度为500-600°C，厚度为20-30nm，所述低温成核层11的材料为氮化镓或氮化铝，该低温成核层11为后续生长材料提供成核中心；
[0021 ]步骤3:在低温成核层11上生长一层非故意掺杂模板层12，所述非故意掺杂模板层12的材料为氮化镓，该非故意掺杂模板层12的生长温度为1040°C，厚度为2μπι，该非故意掺杂模板层12可以用于减少外延层位错密度，并作为下一步外延生长的模板；
[0022]步骤4:在非故意掺杂模板层12上低温外延生长一层具有一定氢杂质浓度的