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第 26 卷 　第 3 期 半 　导 　体 　学 　报 Vol . 26 　No . 3 2005 年 3 月 　　 C H IN ESE J OU RNAL O F SEM ICONDU C TOR S 　　Mar . ,2005 p 型 Ga N 的掺杂研究 金瑞琴 　朱建军 　赵德刚　刘建平 　张纪才 　杨 　辉 ( 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室 , 北京 　100083) 摘要 : 采用正交实验设计方法设计 p 型 GaN 的生长 ,通过较少的实验 ,优化了影响 p 型 GaN 性质的三个生长参 数 :Mg 流量 、生长温度和 Ⅴ/ Ⅲ比. 过量的 Mg 源流量 、过高的生长温度 、过大的 Ⅴ/ Ⅲ比都会降低 自由空穴浓度. 还 研究了退火温度对 p 型 GaN 的载流子浓度和光学性质的影响. 实验结果表明 ,700～750 ℃范围为最佳退火温度. 关键词 : GaN ; 掺杂 ; 光致发光 ; 热退火 PACC : 7865 K ; 7855 ; 7865 中图分类号 : TN 304 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 02534 177 (2005) 了显著效果. 本文的目的是优化 M g 源摩尔数 、生长 1 　引言 温度和 Ⅴ/ Ⅲ比这三个影响p 型 GaN 性质的生长参 数. 当每个生长参数取 3 个实验点时 ,通常情况下 , 被称为第三代半导体的 GaN 及其系列材料在 需要 27 次实验才能获得最佳的生长条件. 本文采用 光电子器件和微 电子器件领域都有重要的应用价 正交实验设计法来设计 p 型 GaN 的生长条件 ,仅需 值. GaN 材料和器件的研究都取得了重大进展 ,特 要 9 次实验就能完成对这 3 个生长参数的优化. 实 别是 GaN 高亮度蓝 、绿光发光二极管的商品化和长 验发现 ,过量的 M g 杂质反而会降低 p 型 GaN 的空 寿命蓝光激光器的研制成功[ 1～3 ] ,是 GaN 器件取得 穴浓度. 本文还研究了退火温度对 p 型 GaN 质量的 突破的重要标志. 由于 H 原子 的钝化作用 ,p 型 影响 ,实验结果表明 ,在 750 ℃左右快速热退火能有 GaN 曾经是制约 GaN 器件发展的一个关键因素 , 效激活 M g 杂质 ,提高p 型浓度 ,而且退火后样品中 后来由于激活工艺尤其是快速热退火激活技术的发 的 M g 杂质发光峰明显增强. 明[4 ,5 ] ,极大地推动了 GaN 材料和器件的发展. 在众多p 型杂质中 , 由于 M g 杂质的电离能最 2 　实验 ( ) 小 大约为 200meV ,在 p 型 GaN 中大多采用 M g 杂质. GaN ∶M g 的生长条件和快速热退火条件对 本实验中 ,p 型 GaN 样品是以蓝宝石为衬底 , 获得高浓度的p 型 GaN 都是非常重要的. 虽然 目前 ( ) 采用金属有机物化学气相沉积 MOCVD 进行材料 对影响p 型 GaN 性质的诸多生长参数都有各 自公 生长. N H3 , TM Ga ,Cp 2 M g 分别为 N 源 、Ga 源 、M g 认的窗口,但是要获得最优化的生长参数 ,仍