[发明专利]一种p型指数掺杂结构GaN光电阴极材料的生长方法

摘要

本发明公开了一种p型指数掺杂结构GaN光电阴极材料的生长方法，通过在蓝宝石衬底上吸附镓、氮和镁原子，形成p型指数掺杂结构的GaN薄膜，生长出的GaN光电阴极材料具有连续的内建电场，且该方法制备思路清晰、方法简单，生长出的GaN光电阴极性能显著提高。

主权项

1.一种p型指数掺杂结构GaN光电阴极材料的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将清洗后双面抛光的c轴向蓝宝石衬底置于原子层沉积系统生长室内；B、向所述原子层沉积系统生长室内通入镓源气体和载体气体，所述的镓源气体作为第一反应前驱体在蓝宝石衬底上进行化学吸附，所述镓源气体中的镓原子吸附在所述的蓝宝石衬底上；C、吸附在蓝宝石衬底上的镓原子与电离后的氮源前驱体发生反应，直到所述蓝宝石衬底表面的镓原子完全反应；D、向原子层沉积系统中通入作为掺杂元素的前驱体镁源气体和载体气体，类似镓原子的吸附过程，镁原子会吸附在材料的生长表面，形成p型掺杂；E、按照一定的比例关系重复步骤B、C、D，并且在每个步骤后都通入清洗气体，即可在所述蓝宝石衬底上形成p型指数掺杂结构的GaN薄膜；所述的步骤E中所述的按照一定的比例关系重复步骤B、C、D，是通过以下特定的方式控制掺杂浓度随厚度呈指数变化的，具体为：当镓源的循环次数Mn＝1时先进行a循环再进行b循环，即最开始由镓源循环开始；当Mn＞1时，尽量在Mn次a循环的中间位置进行b循环，即进行Mn/2个a循环后进行一次b循环，随后再进行Mn/2个a循环；其中，所述的a循环为镓源循环：氯化镓，氩气净化气体，氨气，氩气净化气体；所述的b循环为镁源循环：二茂镁，氩气净化气体，氨气，氩气净化气体；其中a循环为GaN生长过程，b循环为p型掺杂过程；循环a和b的关系：以每进行一次b循环为一个掺杂周期，那么在第n个掺杂周期内，定义循环a的次数为Mn；对于掺杂浓度随厚度呈指数变化时，首先确定当n＝1，即第一个掺杂周期时至少对应一个a循环，否则生长的材料就变成了MgNx而非p型GaN，那么起始镁的掺杂浓度的最大值为NGa/2，其中NGa为GaN中的镓原子浓度；在第n个掺杂周期内，对应的a循环次数为M_n，此时总循环次数为总的生长厚度为R为ALD的周期生长速率；此掺杂周期内镁的掺杂浓度为要使掺杂浓度随厚度呈指数降低，则需满足：其中A为指数变化系数，Mn按四舍五入取整。