[發(fā)明專利]一種制備GaP薄膜材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210552003.7
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103173715A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉興泉;張銘菊
• 申請（專利權(quán)）人: 常州星海電子有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/24;C30B23/02;C30B29/44
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 何學成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜材料的制備方法，特別是涉及一種制備GaP薄膜材料的方法。?

背景技術(shù)

磷化鎵(GaP)是人工合成的一種III-V族化合物型半導體材料，高純GaP是一種橙紅色透明晶體。磷化鎵(GaP)單晶材料的熔點為1467°C。磷化鎵(GaP)的晶體為閃鋅礦型結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為0.5447±0.006nm，其化學鍵是以共價鍵為主的混合鍵，其離子鍵成分約為20%，300K時能隙(Eg)為2.26eV，屬間接躍遷型半導體。磷化鎵(GaP)與其他大帶隙III-V族化合物半導體相同，可以通過引入深中心使費米能級接近帶隙中部，如摻入鉻、鐵、氧等雜質(zhì)元素可成為半絕緣材料。磷化鎵(GaP)分為單晶材料和外延材料。工業(yè)生產(chǎn)的襯底單晶均為摻入硫、硅雜質(zhì)的N型半導體。?

GaP單晶早期通過液相法在常壓下制備。后采用液體覆蓋直拉法制備?，F(xiàn)代半導體工業(yè)生產(chǎn)的磷化鎵(GaP)單晶都是在高壓合成爐中，采用定向凝固工藝合成磷化鎵多晶，進行適當處理后裝入高壓單晶爐進行單晶拉制。磷化鎵外延材料是在磷化鎵單晶襯底上通過液相外延或氣相外延加擴散生長的方法制得。GaP多用于制造發(fā)光二極管(LED)。液相外延材料可制造紅色光、黃綠色光、純綠色光的發(fā)光二極管，氣相外延加擴散生長的材料，可制造黃色光、黃綠色光的發(fā)光二極管。?

III-V族化合物型半導體GaP薄膜材料通常的制備方法除了上述傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法之外，主要還是采用昂貴苛刻的物理方法和復雜昂貴的MOCVD方法，?前者采用高純金屬Ga和高純非金屬P反應得到GaP，如反應式(1)。物理方法諸如等離子濺射法，分子束外延法(MBE)，電子束蒸發(fā)法，脈沖激光沉積法(PLD)，磁控濺射法(MSD)等，后者采用鎵的昂貴金屬有機化合物如液態(tài)或氣態(tài)三甲基鎵和磷的劇毒化合物(如氣態(tài)磷烷PH₃)反應制備得到GaP，如反應式(2)。它們的原理和反應分別如下:?

Ga+P→GaP→GaP????(1)?

Ca(CH₃)₃+PH₃→GaP+3CH₄????(2)?

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種設(shè)備簡化，方法和原材料以及制備工藝都要明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)和方法的制備GaP薄膜材料的方法。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):?

一種制備GaP薄膜材料的方法，以Ga₂O₃，P₂O₅以及活性炭C為原料，加入與固體原料質(zhì)量50%～100%相當?shù)臒o水乙醇，研磨均勻后，用10～l5MPa的壓力將其壓成厚度為1～10mm的片材，然后將其放置于反應器剛玉坩堝中，用高純氮氣抽真空，置換到氧氣濃度為ppm級，然后再用混合氣體抽真空置換1～2次，抽真空至7～13Pa，控制升溫速度在5～1O°C/min范圍內(nèi)，反應區(qū)加熱升溫至1200°C～1250°C范圍內(nèi)，沉積區(qū)加熱升溫至600°C～800°C范圍內(nèi)，恒溫3～4h，其間保持真空度不小于-0.08MPa;當反應區(qū)溫度達到預定溫度后，自然降溫至室溫，充入混合氣體至常壓后，即得到棕紅色的GaP薄膜。?

按摩爾比計:所述的Ga₂O₃:P₂O₅:還原萃取劑為1.0:1.0:(4～8)?

所述的還原萃取劑選用:活性炭、氫氣、氫氣-氬氣混合氣及碳氫化合物中的至少一種。?

所述的混合氣體為Ar與H₂的混合氣體，所述的H₂體積占混合氣體總體積?的10%～30%。?

本發(fā)明的原理和化學反應如反應式(3)、(4)所示:?

Ga₂O₃+P₂O₅+8H₂→2GaP+8H₂O????(3)?

Ga₂O₃+P₂O₅+8C→2GaP+8CO????(4)?

上述反應中，生成的CO和H₂O排出即可。?

采用本發(fā)明的技術(shù)方案以較大規(guī)模的制備GaP目標薄膜材料，一次制備多片薄膜，且制備周期短，對襯底(基片)材料適應性強，不需要對其特別處理。?