[發明專利]一種制備InP薄膜材料的方法

有效

• 申請號: 201210552726.7
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103159193A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 劉興泉;張銘菊
• 申請（專利權）人: 常州星海電子有限公司
• 主分類號: C01B25/08
• 分類號: C01B25/08
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 何學成

技術領域

本發明涉及薄膜材料的制備方法，特別是涉及一種InP薄膜材料的制備方法。

背景技術

磷化銦（InP）是由ⅢA族元素In和ⅤA族元素P化合而成的半導體材料。分子式為InP。室溫下其禁帶寬度為1.35eV，與InP一樣同屬直接躍遷型能帶結構。磷化銦（InP）為瀝青光澤的深灰色晶體，熔點1070℃，閃鋅礦結構，常溫下帶寬（Eg）為1.35eV。

磷化銦（InP）熔點下離解壓為2.75MPa。極微溶于無機酸。介電常數10.8。電子遷移率4600cm²/(V·s)。空穴遷移率150cm²/(V·s)。具有半導體的特性。最早由金屬銦和赤磷在石英管中加熱反應制得。磷化銦用作半導體材料，用于光纖通信技術。

半導體技術的商業化生產歷史可以看著是一系列工藝技術不斷改進和更新發展的歷史。第一個商業化晶體管是用鍺（Ge）制造的，但在20世紀60年代早期，硅（Si）器件很快就在性能和價位上超過了它。硅半導體之所以現在能確立在半導體工業中的統治地位，部分要歸功于工藝技術的不斷開發，使得硅器件在集成功能性和價位上具有很強的競爭能力。第三種商業化半導體技術出現于20世紀80年代后期，它來自于化合物材料領域-砷化鎵（InP），但由于砷化鎵制備的復雜性和難度，人們仍在尋找一種能夠替代砷化鎵的化合物半導體技術，用于高性能、大批量商業應用中。現在一種新的化合物半導體器件已經開始出現，這就是磷化銦（InP）及其衍生材料，它們形成半導體材料發展的第四次浪潮。磷化銦半導體在光纖制造、毫米波甚至在無線應用方面都明顯的顯示出了使人信服的優于砷化鎵的性能優點。我們相信這些優點將使磷化銦與其他材料拉開差距，從而最終替代硅和砷化鎵成為化合物半導體技術的最佳選擇。

到目前為止，磷化銦薄膜材料的制備方法仍主要采用金屬有機化學氣相沉積法（MOCVD）、分子束外延法（MBE）、化學束外延法（CBE）、化學氣相沉積法（CVD）、真空熱蒸發法（VTE）、脈沖激光沉積法（PLD）、溶劑熱法、溶液-液相-固相法（SLS）、膠體化學法等。這些方法各有其優缺點，制備出的InP薄膜材料的形貌和結構亦不相同。但這些方法的一個共同點就是制備工藝復雜，設備昂貴，成本高昂，環境污染大，原料有毒甚至劇毒，原料為氣態或液態，具有相當大的危險性（參見：磷化銦納米材料制備方法的最新研究進展，材料導報A，2011，25（2）：27-32（42））。

III-V族化合物型半導體InP薄膜材料通常的制備方法除了上述傳統方法和現代方法之外，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In和高純非金屬P反應得到InP，如反應式（1）。物理方法諸如等離子濺射法，分子束外延法（MBE），電子束蒸發法（EBE），脈沖激光沉積法（PLD），磁控濺射法（MSD）等，后者采用銦的昂貴金屬有機化合物液態或氣態三甲基銦和磷的劇毒化合物（如氣態磷烷PH₃）反應制備得到InP，如反應式（2）。它們的原理和反應分別如下：

In+P→InP→InP????????????（1）

In(CH₃)₃+PH₃→InP+3CH₄????（2）

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種設備簡化，方法和原材料以及制備工藝都要明顯優于現有技術和方法的制備InP薄膜材料的方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案實現：

一種制備InP薄膜材料的方法，以In₂O₃，P₂O₅以及還原萃取劑為原料，加入與固體原料質量50%~100%相當的無水乙醇，研磨均勻后，用10~15MPa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5~10℃/min范圍內，反應區加熱升溫至1200℃~1250℃范圍內,沉積區加熱升溫至600℃~800℃范圍內，恒溫3~4h，其間保持真空度不小于-0.08MPa；當反應區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，即得到灰黑色的InP薄膜。