[发明专利]一种制造镁掺杂半导体薄膜的方法及其半导体薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，尤其是涉及一种制造镁掺杂半导体薄膜的方法及其半导体薄膜。

背景技术

在宽禁带半导体（如氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）及氧化锌（ZnO））中实现高效率空穴掺杂是限制其在光电器件上应用的技术难题。普通半导体的电导率由掺杂物的浓度决定，然而对宽禁带半导体而言，空穴的超高热激活能导致P型杂质掺杂的掺杂效率极低，目前氮化镓中镁的掺杂效率低至1%以下。过度提高镁的掺杂浓度不仅会导致材料缺陷增加，而且会使得材料的极性发生改变。因此不能过度提高镁的掺杂量来增加镁的有效掺杂浓度。而且随着铝组分增加，禁带宽度增加，掺杂效率进一步降低。此外，电子气的迁移率会随着掺杂浓度的升高而降低，且随着温度的升高，只有改变膜层的结构和组分才能改善电子气的稳定性。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种镁掺杂效率高的制造镁掺杂半导体薄膜的方法及其半导体薄膜。

本发明的目的之一是提供一种得到的半导体薄膜的空穴浓度和迁移率不受温度影响、稳定性高的制造镁掺杂半导体薄膜的方法及其半导体薄膜。

本发明实施例公开的技术方案包括：

一种制造镁掺杂半导体薄膜的方法，其特征在于，包括：获取基底材料；在所述基底材料上形成氮化镓层；以及掺杂步骤：在所述氮化镓层上形成镁掺杂的铝镓氮层并使所述铝镓氮层中铝的含量从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分线性变化。

进一步地，所述掺杂步骤包括：在所述氮化镓层上形成镁掺杂的铝镓氮层并使所述铝镓氮层中铝的含量从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分线性增加。

进一步地，其中在所述氮化镓层上形成镁掺杂的铝镓氮层并使所述铝镓氮层中铝的含量从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分线性增加包括：将形成了所述氮化镓层的所述基底材料放置于分子束外延生长仪中；向所述分子束外延生长仪中通入铝金属分子束、镓金属分子束和镁金属分子束；其中：使所述铝金属分子束的流量线性增加和/或使所述镓金属分子束的流量线性减小，并且使所述镁金属分子束的流量保持不变。

进一步地，所述铝金属分子束的流量由零开始线性增加。

进一步地，所述氮化镓层为氮极性，其中在所述掺杂步骤之前还包括：在所述氮化镓层上形成铝镓氮过渡层，并且使在所述铝镓氮过渡层中从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分铝的含量相同。

进一步地，其中所述掺杂步骤包括：在所述铝镓氮过渡层上形成镁掺杂的铝镓氮层并使所述铝镓氮层中铝的含量从靠近所述铝镓氮过渡层的部分到远离所述铝镓氮过渡层的部分线性减小。

进一步地，其中在所述铝镓氮过渡层上形成镁掺杂的铝镓氮层并使所述铝镓氮层中铝的含量从靠近所述铝镓氮过渡层的部分到远离所述铝镓氮过渡层的部分线性减小包括：将形成了所述铝镓氮过渡层的所述基底材料放置于分子束外延生长仪中；向所述分子束外延生长仪中通入铝金属分子束、镓金属分子束和镁金属分子束；其中：使所述铝金属分子束的流量线性减小和/或使所述镓金属分子束的流量线性增加，并且使所述镁金属分子束的流量保持不变。

进一步地，所述铝金属分子束的流量和所述镓金属分子束的流量按照相同的步长变化。

本发明的实施例中还提供一种半导体薄膜，其特征在于，包括：基底材料；氮化镓层，所述氮化镓层形成在所述基底材料上；铝镓氮层，所述铝镓氮层形成在所述氮化镓层上，并且所述铝镓氮层包括镁掺杂分子；其中，所述铝镓氮层中铝的含量从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分线性增加。

本发明的实施例中还提供一种半导体薄膜，其特征在于，包括：基底材料；氮化镓层，所述氮化镓层形成在所述基底材料上；铝镓氮过渡层，所述铝镓氮过渡层形成在所述氮化镓层上，并且所述铝镓氮过渡层中从靠近所述氮化镓层的部分到远离所述氮化镓层的部分铝的含量相同；铝镓氮层，所述铝镓氮层形成在所述铝镓氮过渡层上，并且所述铝镓氮层包括镁掺杂分子；其中，所述铝镓氮层中铝的含量从靠近所述铝镓氮过渡层的部分到远离所述铝镓氮过渡层的部分线性减小。