專利名稱：一種Ⅲ－Ⅴ族半導(dǎo)體化合物及固熔體薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的制備方法，特別是涉及鎵、銦的二元磷化物、砷化物、氮化物薄膜材料及其固熔體薄膜的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
據(jù)美國《應(yīng)用物理快報(bào)》(Appl.Phys.Lett.，1979年，第35卷，第603-605頁)報(bào)道，在InP襯底上以膦為原料，通過氣相輸運(yùn)于710-850℃可制備出InxGa1-xAs薄膜；美國《應(yīng)用物理雜志》(J.Appl.Phys.，1989年，第65卷，第1947-1951頁)報(bào)道了利用金屬有機(jī)化合物氣相沉積方法(MOCVD)在750-900℃制備AlGaAs薄膜的方法；美國科學(xué)出版社(Academic Press)出版的《薄膜材料科學(xué)(沉積與結(jié)構(gòu))》(Materials Sciences of ThinFilms(Deposition and Structure)2002年第二版第284-286頁)報(bào)道了用金屬有機(jī)化合物三甲基鎵與胂在650-750℃制備GaAs薄膜，用三甲基銦與膦在725℃制備InP薄膜；上述方法均使用了劇毒的氣態(tài)金屬有機(jī)化合物前驅(qū)源、膦或胂，且都是在高溫650℃以上制備III-V族半導(dǎo)體化合物及固熔體薄膜；這些現(xiàn)有制備方法忽略了研究使用低毒反應(yīng)前驅(qū)物和降低反應(yīng)溫度的制備路線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一類III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。
本發(fā)明的III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜制備方法，其特征在于將IIIA族中的任一金屬、混合金屬或其合金分別與含磷、砷或氮的芳基化合物或其混合物，在密閉的耐壓容器中于180-400℃反應(yīng)不少于3小時，并將反應(yīng)產(chǎn)物沉積于襯底表面。
所述襯底為任一III-V族化合物襯底，或剛玉、氧化鎂、單晶硅、多晶硅，或石英玻璃襯底。
當(dāng)選用IIIA族中單一金屬反應(yīng)源及單一芳基化合物反應(yīng)源時，可獲得III-V族半導(dǎo)體化合物薄膜；當(dāng)選用金屬合金、混合金屬或混合芳基化合物作反應(yīng)源時，則可得到III-V族半導(dǎo)體化合物固熔體薄膜材料。
所述III-V族半導(dǎo)體化合物，其化學(xué)式可表示為MY，其中M＝In、Ga，Y＝P、As、N；所述III-V族半導(dǎo)體化合物固熔體，其化學(xué)式可表示為M1-x-yM′xM″yY1-u-vY′uY″v，其中M、M′、M″分別為In、Ga、Al，Y、Y′、Y″分別為P、As、N，0≤x、y、u、v≤1。
通過調(diào)整不同種類的反應(yīng)前驅(qū)物的化學(xué)配比，可合成一系列具有不同化學(xué)組成的III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜材料；隨著化學(xué)組成的不同，其薄膜表現(xiàn)出不同的帶隙和光電性能。通過調(diào)節(jié)合成薄膜材料的化學(xué)組成，可以調(diào)控該材料的半導(dǎo)體化合物及其物理性能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明突破了以往研究的盲區(qū)，提出了一種新的III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜材料合成路線，建立了利用低毒反應(yīng)物一步反應(yīng)在襯底上沉積制備III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的方法。本方法所使用的反應(yīng)物為低熔點(diǎn)的金屬Ga、In及常溫穩(wěn)定的固體芳基化合物，其毒性比現(xiàn)有技術(shù)所使用的氣態(tài)金屬有機(jī)化合物及膦、胂有顯著降低；同時所需要的反應(yīng)溫度(180-400℃)比現(xiàn)有技術(shù)的氣相制備溫度(650℃以上)有明顯的降低，該制備條件較為溫和，操作簡便易行。由于反應(yīng)發(fā)生在非均相體系的界面上及使用低熔點(diǎn)反應(yīng)物，有利于薄膜在襯底上的沉積與附著。同時由于本發(fā)明方法中的有機(jī)副產(chǎn)物是重要的化工原料，因此可以大大地降低薄膜的制備成本。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作更為詳細(xì)的說明。
實(shí)施例1.在300-400℃以In與PPh3反應(yīng)在剛玉襯底上沉積制備InP薄膜將0.010mol的In與0.011-0.015mol的PPh3在氬氣或氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下加入到30ml的帶有剛玉襯底的高壓釜中，然后將其密封。把高壓釜放在電阻爐中，升溫到300-400℃，并在此溫度下保溫6-10小時。然后讓其自然冷卻到室溫，便可得到InP薄膜。分別用苯、1N的鹽酸和蒸餾水洗滌數(shù)次，用以去除黏附在薄膜表面的有機(jī)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的金屬。
采用掃描探針顯微鏡(SPM)、X光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)分析顯示，產(chǎn)物為InP均勻顆粒薄膜，顆粒平均粒徑約為5nm，薄膜中不含有未反應(yīng)的單質(zhì)銦雜質(zhì)；發(fā)射光譜表征顯示該薄膜在310nm處有強(qiáng)發(fā)光。
用HPPh2替代PPh3，用單晶硅襯底、或GaAs襯底、或石英玻璃替代剛玉襯底，同樣可以得到InP薄膜。
實(shí)施例2.在200-350℃以Ga與PPh3反應(yīng)在剛玉襯底上沉積制備GaP薄膜將0.010mol Ga與0.011-0.015mol PPh3在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入到30ml的帶有剛玉襯底的高壓釜中，密封。把高壓釜放在電阻爐中，升溫到200-350℃，保溫6-10小時，然后自然冷卻到室溫，便可得到GaP薄膜。
產(chǎn)物處理和表征同前，薄膜中不含有未反應(yīng)的單質(zhì)鎵雜質(zhì)；發(fā)射光譜表征顯示此薄膜在350nm處有發(fā)光。
用HPPh2替代PPh3，用單晶硅襯底替代剛玉襯底，同樣可以得到GaP薄膜。
實(shí)施例3.在180-350℃以Ga與AsPh3反應(yīng)在剛玉襯底上沉積制備GaAs薄膜將0.010mol Ga與0.011-0.015mol AsPh3在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入到30ml的帶有剛玉襯底的高壓釜中，將其密封。把高壓釜放在電阻爐中，升溫到180-350℃，保溫3-10小時。然后讓其自然冷卻到室溫，便可得到GaAs薄膜；分別用苯、1N的鹽酸和蒸餾水洗滌數(shù)次，用以去除黏附在薄膜表面的有機(jī)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的金屬。
產(chǎn)物表征同前，薄膜中不含有未反應(yīng)的單質(zhì)鎵雜質(zhì)。
用HAsPh2替代AsPh3，用單晶硅襯底替代剛玉襯底，同樣可以得到GaAs薄膜。
實(shí)施例4.在220-400℃以In、Ga與PPh3反應(yīng)在剛玉襯底上沉積制備InGaP薄膜將0.010mol In和0.001mol Ga與0.012-0.015mol PPh3在氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入到30ml的帶有剛玉襯底的高壓釜中，然后將其密封。把高壓釜放在電阻爐中，升溫到220-400℃，保溫6-10小時。然后讓其自然冷卻到室溫，便可得到In1-xGaxP薄膜，0≤x≤0.1。分別用苯、1N的鹽酸和蒸餾水洗滌數(shù)次，用以去除黏附在薄膜表面的有機(jī)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的金屬；產(chǎn)物表征同前，薄膜中不含有未反應(yīng)的單質(zhì)銦、鎵雜質(zhì)。
實(shí)施例5.在220-400℃以In、Ga與PPh3和AsPh3反應(yīng)在剛玉襯底上沉積制備InGaPAs薄膜將0.010mol In、0.001mol Ga、0.012-0.015mol PPh3與0.001mol AsPh3在氬氣或氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下加入到30ml的帶有剛玉襯底的高壓釜中，將其密封。把高壓釜放在電阻爐中，升溫到220-400℃，并在此溫度下保溫6-10小時。然后讓其自然冷卻到室溫，便可得到In1-xGaxP1-yAsy薄膜，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1。薄膜產(chǎn)物處理和表征同前，薄膜中不含有未反應(yīng)的單質(zhì)銦和鎵雜質(zhì)。
用HPPh2替代PPh3，HAsPh2替代AsPh3，同樣可以得到InGaPAs薄膜；用NPh3替代AsPh3反應(yīng)可以制備出InGaPN薄膜；當(dāng)用0.010mol In、0.001mol Ga和0.001mol Al或其合金與0.012-0.015mol PPh3、0.001mol AsPh3及0.001mol NPh3反應(yīng)制備出In1-x-yGaxAlyP1-u-vAsuNv薄膜，0≤x、y≤0.1，0≤u、v≤0.1。
綜上所述，采用不同配比的反應(yīng)物，可以得到不同組分的III-V半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜，且薄膜產(chǎn)物的組分與起始物料配比有關(guān)。因此，通過調(diào)節(jié)III-V半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的化學(xué)組成，可以方便地調(diào)控該材料的發(fā)光性能及其物理性能。
權(quán)利要求
1.一種III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的制備方法，其特征在于將IIIA族中的任一金屬、混合金屬或其合金分別與含磷、砷或氮的芳基化合物或其混合物，在密閉的耐壓容器中于180-400℃反應(yīng)不少于3小時，并將反應(yīng)產(chǎn)物沉積于襯底表面。
2.如權(quán)利要求1所述III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的制備方法，特征在于選用IIIA族中單一金屬反應(yīng)源或單一芳基化合物作反應(yīng)源，得到III-V族半導(dǎo)體化合物薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述III-V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的制備方法，特征在于選用金屬合金、混合金屬或混合芳基化合物作反應(yīng)源，得到III-V族半導(dǎo)體化合物固熔體薄膜材料。
全文摘要
本發(fā)明III－V族半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的制備方法，特征是將IIIA族中的任一金屬、混合金屬或其合金分別與含磷、砷或氮的芳基化合物或其混合物，在密閉的耐壓容器中于180－400℃反應(yīng)不少于3小時，并將反應(yīng)產(chǎn)物沉積于任一III－V族化合物襯底或剛玉、氧化鎂、單晶硅、多晶硅或石英玻璃襯底表面；本發(fā)明方法所需溫度較低，制備條件溫和，操作簡便易行；所得半導(dǎo)體化合物及其固熔體薄膜的化學(xué)組成可控；隨著化學(xué)組成的不同，其薄膜表現(xiàn)出不同的帶隙和光電性能。
文檔編號H01L21/02GK1812052SQ200510037719
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者楊晴, 唐凱斌 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)