一种对Ⅲ－Ⅴ氮化物进行ｎ型和ｐ型掺杂的方法技术

本发明专利技术公开了一种对ＩＩＩ－Ｖ氮化物进行ｎ型和ｐ型掺杂的方法，在蓝宝石、ＳｉＣ、ＧａＮ等衬底上外延生长的ｎ型和ｐ型ＩＩＩ－Ｖ族氮化物，使用ＳｉＨ４和／或Ｃｐ２Ｍｇ作为掺杂剂，使用交替供源气体的方式来实现ｎ型和ｐ型的有效掺杂。利用本发明专利技术，实现了利用Ｓｉ和Ｍｇ对ＩＩＩ－Ｖ氮化物进行ｎ型和ｐ型的有效掺杂，不但能够改善材料的晶体质量，降低材料的位错，而且能够提高ＩＩＩ－Ｖ氮化物的ｎ型和ｐ型的掺杂效率和浓度。在提高了ｎ型和ｐ型ＩＩＩ－Ｖ氮化物的掺杂效率和浓度之后，可以对ＧａＮ基ＬＥＤ和ＬＤ的ｎ型和ｐ型掺杂区域进行减薄，提高了利用ＭＯＣＶＤ外延的效率，节约了外延的材料和消耗的能源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用硅和镁对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的
，尤其涉 及一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法。
技术介绍
GaN， InGaN， AlGaN， AlInGaN， AlInN等III-V族化合物，由于在光电子等领域的广 泛应用，引起了世界范围内科研工作者和产业界的关注。GaN的研究始于上世纪三十年代， 初期的研究只限于GaN粉末晶体，直到六七十年代，随着MOCVD和MBE等外延设备的研究和 发展，才对GaN薄膜材料有了更进一步的了解。 由于GaN晶体的熔点和饱和蒸汽压很高，很难通过熔融的方法制得GaN的单晶体， 所以GaN材料及器件一般是在蓝宝石、硅片等异质衬底上进行外延生长的。但是蓝宝石、 硅片等异质衬底与GaN的晶格常数和热膨胀系数差别非常的大，所以在这些衬底上外延的 GaN薄膜上存在着失配位错，不利于GaN基电子元器件的性能提高。所以在蓝宝石、硅片等 异质衬底上外延GaN薄膜时，缓冲层的选择就显得非常重要。 在GaN材料的异质外延发展中，具有决定意义的工作是由Akasaki领导的小组完 成的。1986年，他们使用低温AIN缓冲层在蓝宝石衬底上异质外延GaN薄膜，结果他们发现 GaN外延膜的晶体质量有了很大的改善，本底电子浓度也降低了很多。不久，Nakamura领导 的小组发现低温GaN缓冲层也能极大的改善GaN的晶体质量。 制作GaN基光电子和微电子器件的另外一个困难是GaN基材料的n型和p型掺杂。 我们知道，制作GaN基LED必须有足够数量的电子和空穴注入，Si和Mg是III-V氮化物的 最有效的掺杂剂。 在A1组分较低时，Si在AlGaN中是浅施主，但是随着Al组分的增加，Si的电离能 会增加，最终转化为深能级DX中心。同时，作为n型补偿中心，III族空位(V^和VJ浓度 也会随着Al组分的增加而增加。而且，Si的掺入还会增加材料中的张应变，当掺Si浓度 很高时甚至会导致裂纹的产生。这些都增加了n型低阻AlGaN(特别是高Al组分)材料生 长的难度。 而p型材料一直是氮化物的难点之一。Mg在GaN基材料中的电离能很高，在GaN 中150mev。而在AlGaN材料中，Mg的有效掺杂就更加的困难了，因为随着Al组分的增加， Mg的电离能迅速增加，在AlN材料中Mg的电离能达到了 500mev。所以Mg的激活非常困 难。GaN基材料中很容易形成氮空位(VN)这种p型补偿中心。为了提高Mg杂质的激活效 率，Nakamura等人采用调制掺杂的p型AlGaN/GaN超晶格代替均匀掺杂的p型AlGaN，提高 Mg的电离效率，从而大大提高空穴的浓度。在极化作用下AlGaN/GaN中有着很强的内建电 场，这使得价带顶呈锯齿状，从而一些Mg杂质能级可以落在Fermi能级一下而电离。但是 AlGaN/GaN超晶格的价带顶是很多周期性的空穴势垒，这不利于空穴的垂直输运。Kauser 等人采用Al组分渐变的Al,Ga卜，层代替原来的单一组分的AlGaN层，使得极化电荷从原来 的界面处的二维分布变为空间的均匀分布，这样大大降低了空穴势垒，提高了空穴的垂直电导。M. L. Nakarmi等人采用Mg delta掺杂的方法来提高Mg在AlGaN材料中的掺杂效率。 生长15nm左右的AlGaN层之后，中断Al， Ga源的输入，只通Mg和NH3。
技术实现思路
( — )要解决的技术问题 本专利技术的主要目的在于提供一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，以 实现利用Si和Mg对III-V氮化物进行n型和p型的有效掺杂。 (二)技术方案 为达到上述目的，本专利技术提供了一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法， 该方法包括 步骤1 :通入111族有机源和V族NH3 ; 步骤2 :关闭III族有机源，通入SiH4或Cp2Mg进行掺杂； 步骤3 :关闭SiH4或Cp^g，重复步骤1和2至所需要的外延层厚度。 上述方案中，步骤2中所述关闭III族有机源时，通入III族有机源的持续时间为10秒。 上述方案中，步骤3中所述关闭SiH4或Cp2Mg时，通入SiH4或Cp2Mg的持续时间为 10秒。 上述方案中，在步骤2中所述关闭ni族有机源，通入SiH4或Cp2Mg进行掺杂时， V族NH3持续供气不间断。 为达到上述目的，本专利技术还提供了一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方 法，该方法包括 步骤1 :通入III族有机源和Cp2Mg ; 步骤2 :关闭111族有机源和Cp2Mg，通入V族NH3进行供气； 步骤3 :关闭V族NH3，重复步骤1和2至所需要的外延层厚度。 上述方案中，步骤2中所述关闭in族有机源和Cp^g时，通入III族有机源和Cp2Mg的持续时间为10秒。 上述方案中，步骤3中所述关闭V族NH3时，通入V族NH3的持续时间为10秒。 为达到上述目的，本专利技术提供了一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法， 该方法包括 步骤1 :通入III族有机源； 步骤2 :关闭111族有机源，通入SiH4和V族NH3进行供气； 步骤3 :关闭SiH4和V族NH3，重复步骤1和2至所需要的外延层厚度。 上述方案中，步骤2中所述关闭III族有机源时，通入III族有机源的持续时间为10秒。 上述方案中，步骤3中所述关闭SiH4和V族NH3时，通入SiH4和V族NH3的持续时 间为10秒。(三)有益效果 本专利技术提供的这种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，实现了利用Si和 Mg对III-V氮化物进行n型和p型的有效掺杂，不但能够改善材料的晶体质量，降低材料的位错，而且能够提高III-V氮化物的n型和p型的掺杂效率和浓度。在提高了 n型和p型 III-V氮化物的掺杂效率和浓度之后，可以对GaN基LED和LD的n型和p型掺杂区域进行 减薄，提高了利用MOCVD外延的效率，节约了外延的材料和消耗的能源。附图说明 图1为依照本专利技术第一个实施例对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法流程 图； 图2为依照本专利技术第二个实施例对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法流程 图； 图3为依照本专利技术第三个实施例对111-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法流程 图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术进一步详细说明。 本专利技术在蓝宝石、SiC、GaN等衬底上外延生长的n型和p型III-V族氮化物，使用 SiH4和/或Cp2Mg作为掺杂剂，使用交替供源气体的方式来实现n型和p型的有效掺杂，具体的步骤如下 方法1 : —种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，该方法包括 步骤1 :通入111族有机源和V族NH3 ; 步骤2 :通入111族有机源的持续时间为10秒，关闭111族有机源，通入SiH4或 Cp2Mg进行掺杂； 在本步骤中，所述关闭III族有机源，通入SiH4或Cp^g进行掺杂时，V族NH3持续 供气不间断； 步骤3 :通入SiH4或Cp2Mg的持续时间为10秒，关闭SiH4或Cp2Mg，重复步骤1和2至所需要的外延层厚度。方法2 : —种对〗n-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，该方法包括 步骤1 :通入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对Ⅲ－Ⅴ氮化物进行ｎ型和ｐ型掺杂的方法，其特征在于，该方法包括：步骤１：通入Ⅲ族有机源和Ⅴ族ＮＨ↓［３］；步骤２：关闭Ⅲ族有机源，通入ＳｉＨ↓［４］或Ｃｐ↓［２］Ｍｇ进行掺杂；步骤３：关闭ＳｉＨ↓［４］或Ｃｐ↓［２］Ｍｇ，重复步骤１和２至所需要的外延层厚度。

【技术特征摘要】
一种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，其特征在于，该方法包括步骤1通入III族有机源和V族NH3；步骤2关闭III族有机源，通入SiH4或Cp2Mg进行掺杂；步骤3关闭SiH4或Cp2Mg，重复步骤1和2至所需要的外延层厚度。2. 根据权利要求1所述的对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，其特征在于，步 骤2中所述关闭III族有机源时，通入III族有机源的持续时间为10秒。3. 根据权利要求1所述的对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，其特征在于，步 骤3中所述关闭SiH4或Cp2Mg时，通入SiH4或Cp2Mg的持续时间为10秒。4. 根据权利要求1所述的对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，其特征在于， 在步骤2中所述关闭III族有机源，通入SiH4或Cp2Mg进行掺杂时，V族NH3持续供气不间 断。5. —种对III-V氮化物进行n型和p型掺杂的方法，其特征在于，该方法包括 步骤1 :通入III族有机源和Cp2Mg ;步骤2 :关闭III族有机源和Cp2Mg，通入V族NH3进行供气； 步骤3 :关...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪攀峰，李京波，闫建昌，刘乃鑫，刘喆，王军喜，李晋闽，
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：11[中国|北京]