一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片及其制备方法技术

一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片及其制备方法，制备方法包括：步骤1：制备衬底(10)；步骤2：在衬底(10)上外延生长掺镁的GaN层；步骤3：对掺镁的GaN层进行退火，激活掺镁的GaN层中的镁受主，使得掺镁的GaN层转变为p型GaN层(11)；步骤4：在p型GaN层(11)上外延生长p

A P-type GaN Epitaxy Sheet with High Ohmic Contact Characteristics and Its Preparation Method

A p-type GaN epitaxy sheet with high ohmic contact characteristics and its preparation method include: step 1: preparation of substrate (10); step 2: epitaxy growth of Mg-doped GaN layer on substrate (10); step 3: annealing of Mg-doped GaN layer to activate Mg acceptor in Mg-doped GaN layer so as to transform Mg-doped GaN layer into p-type GaN layer (11); step 4: epitaxy growth of p-type GaN layer (11).

【技术实现步骤摘要】
一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片及其制备方法
本公开涉及半导体器件
，具体地，涉及一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片及其制备方法。
技术介绍
GaN基材料也称为III族氮化物材料(包括InN、GaN、AlN、InGaN、AlGaN等，其禁带宽度范围为0.7-6.2eV)，其光谱覆盖了近红外到深紫外波段，被认为是继Si、GaAs之后的第三代半导体，在光电子学领域有重要的应用价值。上世纪90年代，随着两步生长法和p型退火激活方法的发展，GaN基材料及器件得到了广泛的关注。目前GaN基激光器已成功应用到激光照明、激光投影、激光电视、工业加工等领域，然而与GaAs、InP等材料相比，GaN基激光器仍然存在光电转换效率低、寿命短等问题，这与p型GaN基材料与金属欧姆接触电阻大而造成电压高、发热严重有关。P型GaN基材料欧姆接触难于实现主要原因有：(1)没有功函数大于p型GaN的合适的金属材料；(2)p型GaN本身的电阻率高，空穴浓度低，很难实现有效的隧穿。现有技术中，外延片生长完成后需要对其进行高温退火激活p型材料中的Mg杂质，高温退火温度一般采用600℃-900℃的温度，此时会产生很多缺陷，恶化p型特性。针对这些问题，本公开对外延片制备过程中的退火工艺及材料生长工艺进行改进，以达到降低p型材料与金属之间欧姆接触电阻率的目的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片及其制备方法，至少解决以上技术问题。(二)技术方案本公开提供了一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法，包括：步骤1：制备衬底；步骤2：在所述衬底上外延生长掺镁的GaN层；步骤3：对所述掺镁的GaN层进行退火，激活所述掺镁的GaN层中的镁受主，使得所述掺镁的GaN层转变为p型GaN层；步骤4：在所述p型GaN层上外延生长p++型GaN盖层。可选地，所述p型GaN层的厚度为30-1000μm，其空穴浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3。可选地，所述p++型GaN盖层的厚度为5-20nm，所述p++型GaN盖层中镁的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1021cm-3。可选地，所述步骤3中退火的温度为600-900℃，退火的时间为1-30min，退火的环境为氮气或者氮气与氧气的混合气。可选地，所述p++型GaN盖层的生长温度为700-1000℃。可选地，所述衬底为GaN单层结构或者发光二极管结构或者激光器结构。可选地，所述制备方法还包括：步骤5：在所述p++型GaN盖层上蒸镀金属电极，并进行低温退火。可选地，所述金属电极的材料为Ni/Au或者ITO或者Pb/Pt/Au。可选地，所述步骤5中退火的温度为400-600℃，退火的时间为1-10min，退火的环境为氮气或者氮气与氧气的混合气。本公开还提供了一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片，包括：衬底；p型GaN层，外延生长在所述衬底上，所述p型GaN层已被激活；p++型GaN盖层，外延生长在所述p型GaN层上，所述p++型GaN盖层中镁的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1021cm-3，且所述p++型GaN盖层未被激活。(三)有益效果本公开提供的高欧姆接触特性的p型GaN外延片及其制备方法，具有以下有益效果：(1)通过改善p型GaN外延片制备过程中的退火工艺和材料生长工艺，在p型GaN层生长完成后，首先进行高温退火，再生长重掺杂的p++型GaN盖层，从而改善外延片的欧姆接触层质量，降低外延片与金属欧姆接触电阻率；(2)应用于蓝绿光发光二极管和激光器结构的p型材料与金属接触层制备，尤其是应用于高电流密度下的GaN基激光器器件，可以提高器件的电光转换效率、降低欧姆接触层退化几率、改善器件的可靠性及老化特性以及提高器件的发光效率等。附图说明图1示意性示出了本公开实施例提供的高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法的流程图。图2示意性示出了本公开实施例提供的高欧姆接触特性的p型GaN外延片的结构示意图。图3(a)-(c)分别示出了本公开实施例提供的衬底的结构示意图。图4示出了本公开实施例提供的P++型GaN盖层与Ni/Au金属电极接触的比接触电阻率随退火温度变化的规律。附图标记说明：10-衬底；11-p型GaN层；12-p++型GaN盖层；101-蓝宝石层；102-低温缓冲层；103-非掺杂GaN模板层；104-n掺杂高温GaN层；1001-蓝宝石层；1002-低温缓冲层；1003-非掺杂GaN模板层；1004-n掺杂高温GaN层；1005-非掺杂量子阱有源层；1006-p掺杂AlGaN电子阻挡层；10001-蓝宝石层；10002-低温缓冲层；10003-非掺杂GaN模板层；10004-n掺杂高温GaN层；10005-n掺杂AlGaN限制层；10006-非掺杂下波导层；10007-非掺杂量子阱有源层；10008-p掺杂AlGaN电子阻挡层；10009-非掺杂上波导层；10010-p掺杂AlGaN限制层。具体实施方式为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。图1示意性示出了本公开实施例提供的高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法的流程图。图2示意性示出了本公开实施例提供的高欧姆接触特性的p型GaN外延片的结构示意图。图3(a)-(c)分别示出了本公开实施例提供的衬底的结构示意图。结合图2和图3(a)-(c)，对图1所述制备方法进行详细说明，该制备方法包括：步骤1：制备衬底10。在步骤1中，在金属有机物化学气相沉积(Metal-organicChemicalVaporDeposition，MOCVD)设备或分子束外延(MolecularBeamEpitaxy，MBE)设备上生长衬底10，其生长方法为常规方法。衬底10可以由多种结构，具体地，可以为GaN单层结构或者发光二极管结构或者激光器结构。图3(a)示出了衬底10为p型GaN单层结构的结构示意图，此时衬底10包括蓝宝石层101、低温缓冲层102、非掺杂GaN模板层103和n掺杂高温GaN层104。图3(b)示出了衬底10为发光二极管结构的结构示意图，此时衬底10包括蓝宝石层1001、低温缓冲层1002、非掺杂GaN模板层1003、n掺杂高温GaN层1004、非掺杂量子阱有源层1005和p掺杂AlGaN电子阻挡层1006。图3(c)示出了衬底10为激光器结构的结构示意图，此时衬底10包括蓝宝石层10001、低温缓冲层10002、非掺杂GaN模板层10003、n掺杂高温GaN层10004、n掺杂AlGaN限制层10005、非掺杂下波导层10006、非掺杂量子阱有源层10007、p掺杂AlGaN电子阻挡层10008、非掺杂上波导层10009和p掺杂AlGaN限制层10010。步骤2：在衬底10上外延生长掺镁的GaN层。在步骤2中，在衬底10上外延生长一层掺镁的GaN层，其中，该掺镁的GaN层的生长温度为900-1000℃，其厚度为30-1000μm。步骤3：对掺镁的GaN层进行退火，激活掺镁的GaN层中的镁受主，使得掺镁的GaN层转变为p型GaN层11。在步骤3中，将掺镁的GaN层在高温下进行退火，使得该掺镁的GaN层中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法，包括：步骤1：制备衬底(10)；步骤2：在所述衬底(10)上外延生长掺镁的GaN层；步骤3：对所述掺镁的GaN层进行退火，激活所述掺镁的GaN层中的镁受主，使得所述掺镁的GaN层转变为p型GaN层(11)；步骤4：在所述p型GaN层(11)上外延生长p

【技术特征摘要】
1.一种高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法，包括：步骤1：制备衬底(10)；步骤2：在所述衬底(10)上外延生长掺镁的GaN层；步骤3：对所述掺镁的GaN层进行退火，激活所述掺镁的GaN层中的镁受主，使得所述掺镁的GaN层转变为p型GaN层(11)；步骤4：在所述p型GaN层(11)上外延生长p++型GaN盖层(12)。2.根据权利要求1所述的高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法，其中，所述p型GaN层(11)的厚度为30-1000μm，其空穴浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3。3.根据权利要求1所述的高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法，其中，所述p++型GaN盖层(12)的厚度为5-20nm，所述p++型GaN盖层(12)中镁的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1021cm-3。4.根据权利要求1所述的高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法，其中，所述步骤3中退火的温度为600-900℃，退火的时间为1-30min，退火的环境为氮气或者氮气与氧气的混合气。5.根据权利要求1所述的高欧姆接触特性的p型GaN外延片的制备方法，其中，所述p++型GaN盖层...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，赵德刚，朱建军，陈平，刘宗顺，梁锋，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11