[发明专利]一种基于氧化性超临界气体除氢激活P型氮化物方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于氧化性超临界气体除氢激活P型氮化物方法及其应用，对待处理的P型III族氮化物半导体材料进行标准清洗；用氧化物刻蚀剂处理清洗后的P型III族氮化物半导体材料；将清洗后的P型III族氮化物半导体材放到支架上，一起放入反应釜中并注入氧化性气体；将反应釜升温至380～450℃，并保压处理使氧化性气体处于超临界状态，持续冲入氧化性气体；反应结束后将反应釜冷却至室温，将压力降至大气压后取出激活P型氮化物。本发明操作简便、无需高温、避免材料分解，制备出具有较高空穴浓度和载流子迁移率的P型材料。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，具体涉及一种基于氧化性超临界气体除氢激活P型氮化物方法及其应用。

背景技术

为了提高P型半导体材料的激活率，研究者进行了多种不同的尝试，包括无H生长、受主-施主共掺等。镁(Mg)是P型III族氮化物半导体材料最优选的掺杂剂。常规热退火的典型退火温度在600～900℃范围内，常用氮气或氧气来激活Mg原子。但是，这种退火处理可能不会完全破坏Mg-H键并同时改善样品的质量结构。例如，Nakamura提出了在N₂氛围保护下退火，成功打断了P型杂质与Mg的络合键，使Mg杂质的受主活性得到恢复，但得到的空穴浓度较低，主要是因为600℃以上的高温，容易在激活的同时形成氮空位等缺陷，使空穴浓度降低，从而影响了激活效果；Hwang和Yang提出了在O₂环境中进行退火，在O₂环境中，750℃退火样品的空穴浓度约为6×10¹⁷cm^-3，但样品的结晶性质在退火的高温下降解。

现有的多循环快速热退火技术，在1300～1400℃左右的退火温度下进行多次退火，单次退火时间仅数秒，循环次数在10次以上，其空穴浓度提高了2倍左右。但是该方法对设备的要求较高，温度高且效率低，多次的退火会造成材料表面造成损伤。

现有通过低能电子束辐照，打断了Mg-H键，使掺镁III族氮化物实现了明显的p型导电，显著降低了其电阻率，其空穴浓度在10¹⁶cm^-3，但该方法激活率低，仅为0.1％，且具有高度局部性，激活深度浅，无法满足实际生产需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于氧化性超临界气体除氢激活P型氮化物方法及其应用，操作简便、无需高温、避免材料分解，制备出具有较高空穴浓度和载流子迁移率的P型材料。

本发明采用以下技术方案：

一种基于氧化性超临界气体除氢激活P型氮化物方法，包括以下步骤：

S1、对待处理的P型III族氮化物半导体材料进行标准清洗；

S2、用氧化物刻蚀剂处理步骤S1清洗后的P型III族氮化物半导体材料；

S3、将步骤S2清洗后的P型III族氮化物半导体材放到支架上，一起放入反应釜中并注入氧化性气体；

S4、将反应釜升温至380～450℃，并保压处理使氧化性气体处于超临界状态，持续冲入氧化性气体；

S5、反应结束后将反应釜冷却至室温，将压力降至大气压后取出激活P型氮化物。

具体的，步骤S2中，将P型III族氮化物半导体材料放入氧化物刻蚀剂中超声处理5～10min。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，氧化物刻蚀剂为盐酸、王水或氢氟酸。

具体的，步骤S3中，反应釜的初始压力为16～18MPa，氧化性气体不包含H。

具体的，步骤S4中，加热时间为1.5～2h，超临界状态的最大压力为29MPa，持续冲入氧化性气体1～2h。