[发明专利]P型GaN层及LED外延结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种P型GaN层及LED外延结构的制备方法。

背景技术

GaN材料具有带隙宽(Eg＝3.39eV)、发光效率高、寿命长等特点，成为制备蓝白光发光二极管(LED)的最优选材料，被誉为第三代半导体材料。由于GaN和衬底材料间的晶格常数和热膨胀系数相差较大(如GaN和蓝宝石衬底间晶格常数相差16％)，因此GaN外延薄膜中存在的位错密度很大，通常为10⁸～10¹⁰cm^-2，未掺杂GaN材料的室温背景载流子(电子)浓度高达10¹⁷cm^-3,显示出n型电导，掺Si可以很容易获得n型,电子浓度达到10¹⁹～10²⁰cm^-3的GaN材料，但想获得空穴浓度高的p型GaN材料非常困难。

1991年，S.Nakamura等发明了快速热退火法(Rapid Thermal Annealing RTA)，成功获得了p型GaN材料。其工艺是将掺Mg的GaN置于N₂气氛中，在700～800℃下退火，得到p型GaN材料的典型数据为：电阻率1～2Ω·cm，掺杂浓度6×10¹⁹cm^-3，空穴浓度(3～5)10¹⁷cm^-3。Neugebauer等研究了RTA的激活机理，认为需要必要的能量断开Mg-H键，受主Mg被激活，因此空穴浓度大大提高。

但是经过退火后，也只能打开少部分的Mg-H键，当Mg掺杂浓度达到10¹⁹～10²⁰cm^-3，也只有0.1～1％的Mg得到活化，其空穴浓度只能达到10¹⁷～10¹⁸cm^-3，而n型GaN材料的电子浓度可达到10¹⁹～10²⁰cm^-3。p型GaN材料的掺杂问题，在很大程度上阻碍了LED光电性能的进一步提升。

另一方面，利用MOCVD技术生长GaN材料时，通常用NH₃作为N源。而N-H的键能较大，所以一般认为是在典型的外延生长温度(900～1050℃),才有助于获得高质量的GaN材料。然而，在这样的温度下，有一部分GaN会逆向分解，产生氮空位。氮空位的产生，会使得本征的GaN偏向于n型，更不利于空穴浓度的提升。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种P型GaN层及LED外延结构的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种P型GaN层及LED外延结构的制备方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种P型GaN层的制备方法，所述方法包括：

S01、提供一基底，并放入反应室内，保持反应室内温度在650～800℃之间；

S02、反应室中充入NH₃分压在10％～30％之间的包括NH₃、N₂混合气体的N源，再通入过量的MO源直至富余的MO源吸附在基底表面，所述MO源包括Ga源和Mg源；

S03、保持MO源关闭，增加所述N源中NH₃分压至30％～70％与吸附在基底表面的富余MO反应，生长p型GaN层；

S04、保持MO源和NH3关闭，反应室内保持N₂气氛10～30秒，使Mg在退火过程中活化。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

重复执行步骤S02至S04，循环10～100次，形成20～300nm厚度的p型GaN层。

作为本发明的进一步改进，一次循环中生长p型GaN层的厚度为1～5nm。

作为本发明的进一步改进，步骤S02中NH₃、N₂混合气体中NH₃分压为20％。

作为本发明的进一步改进，步骤S03中NH₃、N₂混合气体中NH₃分压为50％。

作为本发明的进一步改进，所述MO源为TMGa、Cp₂Mg。

一种LED外延结构的制备方法，所述方法包括：

S1、提供一衬底；