n型III族氮化物半导体材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种n型III族氮化物半导体材料及其制备方法，所述n型III族氮化物半导体材料掺杂有第一掺杂源X和第二掺杂源Y，第一掺杂源X和第二掺杂源Y选自第IV族和第VI族中的元素。本发明专利技术的n型III族氮化物半导体材料具有多施主共掺的多种掺杂元素，避免了单一施主杂质源气体浓度过高导致的样品表面钝化和孔洞等问题，又通过多种杂质源掺杂产生的载流子之和，共同提供n型III族氮化物半导体材料内的载流子，达到器件对于n型III族氮化物半导体材料衬底电学性能的影响，制备出高质量n型III族氮化物半导体材料自支撑衬底。

【技术实现步骤摘要】
n型III族氮化物半导体材料及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种n型III族氮化物半导体材料及其制备方法。
技术介绍
III族氮化物材料(包含GaN、AlN、InN以及他们的合金材料)，常用的生长方法包括MOCVD方法、MBE方法以及HVPE生长方法。其中，MOCVD以及MBE方法的生长速度较低，通常用于生长厚度不超过15微米的GaN材料，用于光电子及微电子器件的制备。HVPE方法通常用于生长厚度大于15微米的厚层III族氮化物材料。为了实现材料的n型掺杂，普遍采用的掺杂元素一般来自于IV族元素和VI族元素，典型的掺杂元素包括Si、Ge、Sn、O、S等。由于MOCVD及MBE生长速度较低、杂质掺入效率较高、生长厚度较薄，利用上述元素进行单一掺杂，就能够实现n型III族氮化物材料的制备，不存在较大的挑战。对于HVPE生长方法而言，由于其生长速度快、杂质的掺入效率低、生长厚度较大，当气相中杂质源气体浓度高于一定程度时，随着生长厚度的累计，杂质原子会导致GaN样品表面发生一系列的变化。例如，采用Si掺杂的样品表面会形成一层SiN，从而表面发生钝化，阻碍了后续III族氮化物材料的材料生长，造成了表面形貌的恶化；采用Ge掺杂的样品表面会形成大量的孔洞，最终导致样品表面恶化。上述现象发生的主要原因是气相中掺杂元素的原子浓度过高，上述掺杂杂质原子很容易在表面聚集，与NH3发生化学反应形成钝化层或者相互迁移聚球，进而阻扰了后续材料生长的进行。解决这一问题的根本方法就是降低气相中的杂质浓度，而降低气相中的杂质浓度会导致样品中的载流子浓度降低，电学性质受到影响。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种n型III族氮化物半导体材料及其制备方法，以克服现有技术中存在的不足。由于不同掺杂杂质元素引起表面恶化的原因不尽相同。例如对于典型的光电子器件用III族氮化物半导体材料而言，典型的电阻率需要小于0.01Ohm·cm，对应的掺杂浓度要大于1e18cm-3。如果采用单一元素掺杂，例如选择Si元素进行掺杂，随着生长厚度的增加，当厚度超过10微米以后，表面及环境中富集的Si元素可能与NH3发生反应，在III族氮化物半导体材料表面形成SixNy介质层。由于III族氮化物半导体材料在SixNy介质层上无法成核生长，从而导致了表面钝化，引起了表面恶化。如果仅仅采用Ge元素掺杂，随着生长厚度的增加，Ge元素在III族氮化物半导体材料生长表面能富集，由于在生长温度下，Ge元素呈现液态特征，也会阻碍III族氮化物半导体材料的后续生长，导致表面形貌的恶化。实验研究发现，上述表面恶化与掺杂元素的浓度存在非线性的正关联特征，当掺杂浓度大于等于1e18cm-3，非常容易呈现出表面恶化特性；当掺杂浓度小于1e18cm-3，上述表面恶化现象不会发生。上述对应表面恶化的临界掺杂浓度对生长参数也具有依赖关系。本专利技术通过引入不同的n型掺杂元素，进行共同掺杂达到预定的n型载流子浓度要求，能够显著降低每一种掺杂杂质元素在气相中的浓度，使得每一种掺杂元素的浓度小于导致表面恶化的临界浓度，从而有效规避表面恶化的问题。因此，为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种n型III族氮化物半导体材料，所述n型III族氮化物半导体材料中掺杂有第一掺杂源X和第二掺杂源Y，所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y选自第IV族和第VI族中的元素；所述第一掺杂源X的含量大于10％S，所述第二掺杂元Y的含量大于10％S，且所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y的含量之和小于等于100％S，所述S为总掺杂量，所述n型III族氮化物半导体材料的厚度不小于15μm。作为本专利技术的n型III族氮化物半导体材料的改进，所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y选自：Si、Ge、Sn、O、S。作为本专利技术的n型III族氮化物半导体材料的改进，所述第一掺杂源X为Si，所述第二掺杂源Y为Ge。作为本专利技术的n型III族氮化物半导体材料的改进，所述Si:Ge＝(1:3)～(3:1)是一种优选的方案。作为本专利技术的n型III族氮化物半导体材料的改进，所述III族氮化物半导体材料为GaN、AlN、InN、AlGaN、GaInN、AlInN和AlGaInN中的一种。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种n型III族氮化物半导体材料，所述n型III族氮化物半导体材料中掺杂有第一掺杂源X、第二掺杂源Y、……、第N掺杂源Z，所述第一掺杂源X、第二掺杂源Y、……、第N掺杂源Z选自第IV族和第VI族中的元素，所述N＞2；所述第一掺杂源X的含量大于10％S，所述第二掺杂元Y的含量大于10％S、……、所述第N掺杂源Z的含量大于10％S，且所述第一掺杂源X、第二掺杂源Y、……、第N掺杂源Z的含量之和小于等于100％S，所述S为总掺杂量，所述n型III族氮化物半导体材料的厚度不小于15μm。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种n型III族氮化物半导体材料的制备方法，其包括如下步骤：S1、向反应室内通入反应气，与反应源反应；S2、向反应室内的第一掺杂源X中通入反应气，得到第一掺杂气体；S3、向反应室内的第二掺杂源Y中通入反应气，得到第二掺杂气体；S4、第一掺杂气体、第二掺杂气体以及反应气与反应源的产物与NH3反应，在衬底区域得到X、Y共掺杂的n型III族氮化物半导体材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的n型III族氮化物半导体材料具有多施主共掺的多种掺杂元素，避免了单一施主杂质源气体浓度过高导致的样品表面钝化和孔洞等问题，又通过多种杂质源掺杂产生的载流子之和，共同提供n型III族氮化物半导体材料内的载流子，达到器件对于n型III族氮化物半导体材料衬底电学性能的影响，制备出高质量n型III族氮化物半导体材料自支撑衬底。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的n型III族氮化物半导体材料制备方法一具体实施方式的方法流程示意图。具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。本专利技术的n型III族氮化物半导体材料中掺杂有第一掺杂源X和第二掺杂源Y，所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y选自第IV族和第VI族中的元素。其中，所述III族氮化物半导体材料可以为GaN、AlN、InN、AlGaN、GaInN、AlInN和AlGaInN中的一种。所述第一掺杂源X的含量大于10％S，所述第二掺杂元Y的含量大于10％S，且所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y的含量之和小于等于100％S，所述S为总掺杂量，所述n型III族氮化物半导体材料的厚度不小于15μm，所述n型III族氮化物半导体材料的厚度不小于15μm的原因在于，在薄膜材料体系中，不容易形成表面钝化或者出现孔洞的问题。具体而言，所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y可以选自：S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种n型III族氮化物半导体材料，其特征在于，所述n型III族氮化物半导体材料中掺杂有第一掺杂源X和第二掺杂源Y，所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y选自第IV族和第VI族中的元素；所述第一掺杂源X的含量大于10％S，所述第二掺杂元Y的含量大于10％S，且所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y的含量之和小于等于100％S，所述S为总的n型元素掺杂量，所述n型III族氮化物半导体材料的厚度不小于15μm。

【技术特征摘要】
1.一种n型III族氮化物半导体材料，其特征在于，所述n型III族氮化物半导体材料中掺杂有第一掺杂源X和第二掺杂源Y，所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y选自第IV族和第VI族中的元素；所述第一掺杂源X的含量大于10％S，所述第二掺杂元Y的含量大于10％S，且所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y的含量之和小于等于100％S，所述S为总的n型元素掺杂量，所述n型III族氮化物半导体材料的厚度不小于15μm。2.根据权利要求1所述的n型III族氮化物半导体材料，其特征在于，所述第一掺杂源X和第二掺杂源Y选自：Si、Ge、Sn、O、S。3.根据权利要求2所述的n型III族氮化物半导体材料，其特征在于，所述第一掺杂源X为Si，所述第二掺杂源Y为Ge。4.根据权利要求3所述的n型III族氮化物半导体材料，其特征在于，所述Si:Ge＝(1:3)～(3:1)。5.根据权利要求1所述的n型III族氮化物半导体材料，其特征在于，所述III族氮化物半导体材料为GaN、AlN、InN、AlGaN、GaInN、AlInN和A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张育民，王建峰，徐科，任国强，徐俞，蔡德敏，胡晓剑，
申请(专利权)人：苏州纳维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32