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 Mg 掺杂 GaN 快速热退火性质的研究# 郭浩，宋世巍，张赫之，杨德超，张克雄，房硕，梁红伟，申人升，杜国同** （大连理工大学物理与光电工程学院，大连 116024） 5 10 15 20 25 摘要：利用金属有机化学气相沉积法（MOCVD）在蓝宝石衬底上生长了 Mg 掺杂的 GaN 薄 膜，并在氮气气氛下，不同的温度条件下对样品进行了快速热退火处理。通过 X 射线衍射、 霍尔测试和低温光致发光光谱测试对样品进行了表征。X 射线衍射的结果表明，超过 800 的退火温度会使（102）面的摇摆曲线半高宽增大，刃位错密度增加。霍尔测试表明在 800 退火得到最大的载流子浓度和迁移率，电阻率可达到 0.73Ω*cm。通过低温光谱估算了 Mg 受主激活能约为 200meV。 关键词：Mg 掺杂 GaN；快速热退火；MOCVD 中图分类号：O472 The properties of rapidly thermal annealed Mg doped GaN GUO Hao, SONG Shiwei, ZHANG Hezhi, YANG Dechao, ZHANG Kexiong, FANG Shuo, LIANG Hongwei, SHEN Rensheng, DU Guotong (School of Physics and Optoelectronic Technology,Dalian University of Technology,Dalian 116024) Abstract: Mg doped GaN film was grown on sapphire by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) and then annealed at various temperature in nitrogen ambience by rapid thermal annealing (RTA). All the samples were characterized by X-ray diffraction, Hall effect measurement and low temperature PL spectrum. The result of X-ray diffraction indicates when the annealing temperature exceeded 800℃, the full width at half maximum of (102) plane rocking curve increased, which meant more edge dislocations. Hall measurement indicates that at the annealing temperature 800℃, the highest carrier density and mobility could be achieved and the lowest resistivity 0.73Ω*cm also could be achieved. The activation energy of Mg acceptor (200meV) was calculated from the low temperature PL spectrum. Key words: Mg doped GaN; RTA; MOCVD 30 0 引言 三族氮化物材料具有优良的特性，禁带宽度在 0.7eV~6.2eV 范围内连续可调，被认为在 制备蓝绿色发光二级管、半导体激光器方面有广阔的应用前景[1-4]。但是 GaN 材料的 p 型掺 杂成为了制备大功率发光二级管和半导体激光器的瓶颈。到目前为止，Mg 是唯一能够实现 35 40 稳定可靠 p 型掺杂的元素[5]。然而未经任何处理的 Mg 掺杂 GaN 薄膜一般呈高阻状态。一方 面，在 GaN 材料的生长过程中一般采用 H2 作为载气，由于 Mg 原子和 H 原子结合形成 （Mg--H+）0 络合物[6,7]，使 Mg 受主的活性被钝化。另一方面，GaN 生长过程中会产生本征 的氮空位缺陷（VN），VN 被认为是施主型缺陷[8]，与 Mg 受主形成 MgGa-VN[9]，产生自补偿 效应。为了得到较大空穴浓度的 p 型 GaN，科研工作者一般采用在 N2 氛围下快速热退火的 方式[6,10]。通过快速热退火可以打破 Mg-H 键，激活 Mg 受主，同时 N2 气氛可以抑制在退火 过程中 VN 的产生。 基金项目：国家 863 重大专项（2011AA03A102);国家自然科学基金110