[发明专利]镁掺杂氮化镓基材料和发光二极管P型氮化镓的激活方法

说明书

技术领域

本发明是关于光电技术领域中GaN基材料的掺杂处理方法，具体地说，是关于镁掺杂氮化镓基材料和发光二极管P型氮化镓的激活方法。

背景技术

Mg是形成P型GaN材料的主要的掺杂剂。1988年日本I.Akasaki等人利用低能电子辐照的方法得到Mg掺杂的P型GaN(参考文献I.Akasaki，T.Kozowa，K.Hiramatsu，N.Sawak，K.Ikeda，and Y.Ishi，Lumin.，40-41，121(1988))，1992年日本S.Nakamura更进一步，他把掺Mg的GaN在750℃温度下N₂或真空退火，也得到了p型GaN(参考文献S.Nakamura，N.Iwasa，M.Senoh，and T.Mukai，Jpn.J.Appl.Phys，34，L797(1992))。因为p型GaN材料的获得，GaN基器件领域得到迅猛的发展，以GaN基发光二极管(LED)为基石的半导体照明革命迅速展开。Van Vechten等人认为通过上述处理，GaN中Mg-H键被打断，使氢脱离了Mg，掺杂的Mg变成了浅受主。但是由于MOCVD生长在H2气氛条件下的限制，氮气高温退火并不能打断所有Mg-H键，导致掺杂很高，空穴浓度和迁移率都很低的情况。低的空穴浓度和迁移率将导致较大的串联电阻，欧姆接触将非常困难，这将限制大电流功率型器件的发展。若退火温度过高，还会影响InGaN量子阱的质量，影响LED的内量子效率。

为了提高Mg激活的效率，激光退火、离子注入等工艺被利用。激光因为强度高，吸收的光子能量足以打断Mg-H键，有望提高Mg的实际掺杂浓度；而离子注入则使得注入的Mg不含H而直接成为受主杂质。但是由于这些方法有可能损坏器件而并没有成为主流技术。氧气氛退火降低Au/Ni/p-GaN的欧姆接触电阻，一种观点认为氧气与电极下的GaN中的Mg-H反应，从而使得Mg离化产生较高空穴浓度。直接使用氧气退火，然后用酸或(NH4)₂S_x去除表面氧化物。这种处理的好处是在p-GaN中产生Ga空位(参考文献，Chi-SenLee，Yow-Jon Lin and Ching-Ting Lee，Appl.Phys.Lett.，79，3815(2001))，有利于欧姆接触的形成，但是文章仅把这种方法作为P-GaN表面处理的手段，并没有得到氧气退火对Mg激活的影响的结果。

氧等离子体一般用于残留光刻胶的清洗。由于其化学活性很强，也经常用于Si，GaAs，InP材料表面形成氧化膜。等离子体是含有足量的带电粒子以致其动力学行为受电磁力支配的任何一种物质状态，负粒子主要是电子，由于它的质量小，速度快，故能量转移小。由于氧等离子体处理过的GaN经常表现为损伤的特性，故没有得到人们足够的重视。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种镁掺杂氮化镓基材料和发光二极管P型氮化镓的激活方法，该方法使Mg掺杂GaN材料中得到更高空穴浓度。

本发明的技术方案是：

一种镁掺杂氮化镓基材料的激活方法，其步骤包括：

1)ICP等离子体处理镁掺杂的氮化镓基材料，其中，反应气氛为含氧元素的气体及含氧元素气体的混合气体，或上述气体与氮气、氦气或氩气的混合气体，等离子体的密度在10¹¹cm^-3—10¹²cm^-3之间；

2)去除上述处理生成的氧化物；

3)对镁掺杂的氮化镓基材料进行400-600℃高温退火。

一种氮化镓基发光二极管的P型激活方法，其步骤包括：

1)ICP等离子体处理氮化镓基发光二极管的P型氮化镓材料，其中，反应气氛为含氧元素的气体及含氧元素气体的混合气体，或上述气体与氮气、氦气或氩气的混合气体，等离子体的密度在10¹¹cm^-3—10¹²cm^-3之间；

2)去除上述处理生成的氧化物；

3)对P型氮化镓材料进行400-600℃高温退火。

在所述步骤1)之前，可对材料进行清洁处理，具体步骤为，首先用还原性液体去除其表面的氧化层和沾污，接着用有机溶剂去除油污，再用去离子水洗净。

所述步骤2)可为，采用氟化物ICP等离子体处理生成的氧化物，形成氟原子的钝化。

所述步骤3)可为，在氮气或真空下，对材料进行所述高温退火。