激光诱导下的氮化镓P型有效掺杂制备方法技术

激光诱导下的氮化镓Ｐ型有效掺杂制备方法，其特征在于其工艺步骤为：　　　　１）、用溅射或者蒸发的方法在ＧａＮ样品表面淀积一层２００～３００ｎｍ厚的金属锌薄层；　　　　２）、将Ｚｎ／ＧａＮ样品预加热到２００～３００℃；　　　　３）、用固体激光器辐照Ｚｎ／ＧａＮ样品的表面１～３分钟，脉冲宽度１～５ｍｓ，激光功率密度１３０～１５０Ｗ／ｃｍ↑［２］；　　　　４）、将样品表面剩余的锌腐蚀掉，经去离子水清洗烘干。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化镓(GaN)P型有效掺杂的方法，尤其是激光诱导下的GaN P-型有效掺杂制备方法。
技术介绍
GaN基材料是第三代寛禁带半导体材料的代表，具有许多优异的性能，在蓝紫光发射、高温、超高频、大功率等许多光电和微波器件领域有着广阔的应用前景。随着GaN基高亮度蓝紫色发光二极管的商品化和实用化，高亮度的白色发光二极管将有可能取代目前的各种照明灯，人类的照明技术将面临一场新的革命(梁春广，半导体照明灯，半导体情报，2000，37(1)1)。然而，目前GaN材料还有一些技术难题没有完全解决。其中最主要的难题之一是P型有效掺杂非常困难。通常采用MOCVD技术生产的GaN基材料的P型有效掺杂浓度一般仅在1017cm-3数量级，而且还必须通过高温退火(Yamamoto T，Katayama-Yoshida H.Jpn.J.Appl.Phys.1997，36L180)或者用低能电子束辐照(LEEBI)(Van Vechten JA，Zook JD，Horning R D，et al.Jpn.J.Appl.Phys.，1992，31(11)3662)等各种方法让受主杂质有效激活才能达到。对GaN基材料进行p型有效掺杂非常困难的原因有三(1)GaN基材料具有很强的自补偿效应和在生长时由于与衬底材料有较大的晶格失配等原因，很容易形成N空位，N空位在GaN基材料中是浅施主缺陷，造成在非有意掺杂情况下GaN基材料就是n-型材料。通常不生长缓冲层时本底电子浓度在1019～1020cm-3，生长了长缓冲层时可降到1017～1018cm-3，经过优化的热退火后N空位明显减少，但电子浓度仍然在1016～1017cm-3之间(Nakamura S，Senoh M.，Japanese Journal of Applied Physics，1998，37，L627)。(2)GaN基材料的P型受主杂质的能级都比较深，最浅的Mg受主能级也有170～250mev(Strite S etal.，“GaN，AlN，and InN a review.”，J Vac.Sci.Technol.，1992，B10(4)1237)，因此室温下受主的激活率较低。(3)在MOCVD方法生长GaN基P-型材料时Mg会和H形成中性的Mg-H络合物，使Mg不能有效地替代Ga位，大大地降低了激活率(Neugbauer J，et al.，Appl.Phys.Lett.，1996，68(13)1829)。P型有效掺杂浓度低将使PN结的注入效率降低、制备P-型欧姆接触困难，影响GaN基器件的许多性能，也是GaN基半导体蓝色激光器功率不高的主要原因之一。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种效果明显、设备便宜、方法简单、工艺兼容的激光诱导下的GaN P-型有效掺杂制备方法。本专利技术的工艺步骤为1、用溅射或者蒸发的方法在GaN样品表面淀积一层200～300nm厚的金属锌薄层；2、将Zn/GaN样品预加热到200～300℃；3、用固体激光器辐照Zn/GaN样品的表面1～3分钟，脉冲宽度1～5ms，激光功率密度130～150W/cm2；4、将样品表面剩余的锌腐蚀掉，经去离子水清洗烘干。所说的GaN样品为n-GaN或弱P--型GaN。可用溅射或者蒸发的方法在常规清洗干净的GaN样品表面淀积一层200～300nm厚的金属锌薄层。可用连续或者脉冲的Nd:YAG(掺钕的钇铝石榴石)固体激光器在大气的环境下辐照Zn/GaN样品的表面。可用稀盐酸将样品表面剩余的锌腐蚀掉。附图说明图1为激光诱导掺杂的实验装置示意图。图2为激光诱导下Zn/GaN样品的SIMS测量。横坐标为Depth(μm)，纵坐标为Concentration(cm-3)。图3为用C-V法测量激光诱导下Zn/GaN样品13#的空穴浓度分布图。横坐标为Depth(μm)，纵坐标为Hole Concentration(cm-3)。脉冲宽度为1.0ms，辐射时间为1.0s。图4为用C-V法测量激光诱导下Zn/GaN样品22#的空穴浓度分布图。横坐标为Depth(μm)，纵坐标为Hole Concentration(cm-3)。脉冲宽度为2.5ms，辐射时间为2.0s。图5为激光诱导下Zn/GaN样品的SIMS测量。横坐标为Depth(μm)，纵坐标为HoleConcentration(cm-3)。其中标记△为100nm，□为200nm，○为300nm。图6为室温下的PL谱。在图中，上、中、下分别代表3#、2#、1#号样品。横坐标为Photon Energy(Ev)，纵坐标为Intensity(arb.units)。具体实施例方式实施例1用溅射方法在常规清洗干净的n-GaN样品表面淀积一层250nm厚的金属锌薄层，将Zn/GaN样品预加热到250℃。用连续的Nd:YAG固体激光器在大气的环境下辐照Zn/GaN样品的表面2分钟，脉冲宽度3ms，激光功率密度140W/cm2。用稀盐酸将样品表面剩余的锌腐蚀掉，经去离子水清洗烘干。实施例2用溅射的方法在常规清洗干净的弱P--型GaN样品表面淀积一层300nm厚的金属锌薄层，将Zn/GaN样品预加热到300℃。用连续或者脉冲的Nd:YAG固体激光器在大气的环境下辐照Zn/GaN样品的表面2.5分钟，脉冲宽度2ms，激光功率密度130W/cm2。用稀盐酸将样品表面剩余的锌腐蚀掉，经去离子水清洗烘干。实施例3用蒸发的方法在常规清洗干净的GaN样品表面淀积一层200nm厚的金属锌薄层，将Zn/GaN样品预加热到200℃。用连续或者脉冲的Nd:YAG固体激光器在大气的环境下辐照Zn/GaN样品的表面3分钟，脉冲宽度5ms，激光功率密度150W/cm2。用稀盐酸将样品表面剩余的锌腐蚀掉，经去离子水清洗烘干。实施例4用蒸发的方法在常规清洗干净的GaN样品表面淀积一层260nm厚的金属锌薄层，将Zn/GaN样品预加热到240℃。用连续或者脉冲的Nd:YAG固体激光器在大气的环境下辐照Zn/GaN样品的表面1分钟，脉冲宽度1ms，激光功率密度135W/cm2。用稀盐酸将样品表面剩余的锌腐蚀掉，经去离子水清洗烘干。用热探针测量表明，对于电子浓度n≈1017cm-3的样品，将其转变为P-型的最小激光功率为130W/cm2。激光诱导掺杂的设备参见图1，由Nd:YAG连续激光器或Nd:YAG脉冲激光器1、反射镜2、聚焦透镜3组成，GaN样品4置于聚焦透镜下方，样品的上方为Zn。本专利技术与已有的GaN P-型掺杂三种方法(1)MOCVD生长掺Mg，再用高温退火或者用低能电子束辐照(LEEBI)传统方法；(2)离子注入高温退火；(3)共掺杂等，对比具有以下优点(1)设备便宜，方法简单，工艺兼容本专利技术在大气环境下进行，不需要昂贵的高温炉和真空设备，仅需要淀积Zn的设备(磁控溅射或蒸发)和激光辐照。与其它方法相比，本专利技术的设备要便宜得多，而且常规工艺中一般都已有淀积Zn的设备；本专利技术淀积Zn和激光辐照工艺简便，不必进行复杂的MOCVD生长、离子注入、两种元素共同掺杂等技术，而且与常规的器件工艺兼容。(2)P-型有效掺杂效果明显参见图2-4，经过热探针、SIMS(二次离子质谱)、C-V(电容-电压)、PL(光致发光)等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.激光诱导下的氮化镓P型有效掺杂制备方法，其特征在于其工艺步骤为1)、用溅射或者蒸发的方法在GaN样品表面淀积一层200～300nm厚的金属锌薄层；2)、将Zn/GaN样品预加热到200～300℃；3)、用固体激光器辐照Zn/GaN样品的表面1～3分钟，脉冲宽度1～5ms，激光功率密度130～150W/cm2；4)、将样品表面剩余的锌腐蚀掉，经去离子水清洗烘干。2.如权利要求1所述的激光诱导下的氮化镓P型有效掺杂制备方法，其特征在于所说的GaN样品为n-GaN或弱P--型GaN。3.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朝，田洪涛，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：