[發(fā)明專利]一種SiP晶體生長調(diào)控方法

有效

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• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111334857B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喻學(xué)鋒;喻彬璐;王佳宏;楊娜
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: C30B29/10
• 分類號: C30B29/10;C30B29/62;C30B25/00
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 李玉娜

本發(fā)明公開了一種SiP晶體生長調(diào)控方法，該方法涉及單晶材料生長。制備方法是將硅源、磷源、輸運劑、調(diào)控劑一起真空密封于石英管中，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)成功得到SiP線狀單晶，晶體長度可達到厘米級。該方法通過引入合適的調(diào)控劑便能改變SiP晶體形貌，晶體尺寸顯著增大，并且大大提高晶體結(jié)晶性，這對于獲得高質(zhì)量單晶SiP具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于單晶材料的生長調(diào)控方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大尺寸、高結(jié)晶性的SiP晶體生長的調(diào)控方法。

背景技術(shù)

一磷化硅SiP作為一種P型直接帶隙半導(dǎo)體，在光通訊領(lǐng)域已經(jīng)是一種“明星”材料，被認為是發(fā)展硅光子技術(shù)極具潛力的半導(dǎo)體材料。塊體SiP的帶隙在1.69eV，同時，SiP的正交晶體結(jié)構(gòu)往往得到二維層狀結(jié)構(gòu)，SiP的帶隙寬度會隨著層狀結(jié)構(gòu)的減薄而增大。文獻報道單層厚度的納米SiP有望用于藍色LED發(fā)光，山東大學(xué)利用高溫熔融法制備出SiP單晶并用于制作光電器件。

單晶材料具有結(jié)晶性高、取向性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點而倍受青睞。化學(xué)氣相輸運法制備單晶材料，單純利用原料和輸運劑制備單晶往往需要長時間和高的反應(yīng)溫度，而這也往往只能得到小尺寸單晶。本發(fā)明通過引入調(diào)控劑可以有效降低反應(yīng)能壘，并且能得到大尺寸單晶。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用化學(xué)氣相輸運法有效調(diào)控SiP晶體生長的方法，加入合適的調(diào)控劑獲得厘米級尺寸、高結(jié)晶性的SiP線狀晶體。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種調(diào)控SiP晶體生長的方法，包括以下步驟：將硅源、磷源按照SiP化學(xué)計量比稱量混勻，加入一定物質(zhì)的量比例的輸運劑和調(diào)控劑；將其放入反應(yīng)容器中后進行抽真空密封，在加熱裝置中高溫?zé)Y(jié)一定溫度和時長得到SiP晶體。

進一步地，所述硅源中Si、磷源中P、輸運劑、調(diào)控劑按照物質(zhì)的量比為1：1：0.005-0.5：0.01-0.1稱量混合。

進一步地，所述硅源為結(jié)晶態(tài)硅、無定形硅、四碘化硅中的一種或幾種的組合。

進一步地，所述磷源為紅磷、黃磷、白磷、纖維磷、紫磷、三碘化磷中的一種或幾種的組合。

進一步地，所述的輸運劑為碘單質(zhì)、碘化物中的一種或多種的組合。

進一步地，所述碘化物為固態(tài)，包括金屬碘化物和非金屬碘化物。

進一步地，所述調(diào)控劑為單質(zhì)硫、單質(zhì)硒、單質(zhì)碲中的一種或幾種的組合。

進一步地，所述加熱裝置為單溫區(qū)管式爐、多溫區(qū)(雙溫區(qū)及以上)管式爐、馬弗爐、箱式爐、微波爐或單晶爐中的一種。

進一步地，所述燒結(jié)的溫度為900～1200℃，燒結(jié)時間為12～680h。

一種SiP晶體，采用上述任一所述的方法制備得到，所述SiP晶體為線狀晶體，長度可達到厘米級，SiP晶體結(jié)晶性高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的調(diào)控SiP晶體生長制備方法，未增加工藝復(fù)雜基礎(chǔ)上通過簡單的引入調(diào)控劑，在同一燒結(jié)條件下獲得尺寸更大、結(jié)晶性更高、產(chǎn)率更高的SiP線狀單晶。

(2)本發(fā)明提供的SiP晶體生長制備方法工藝簡單成熟、原料來源廣泛豐富且廉價，產(chǎn)量高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中的SiP晶體XRD(a)和拉曼圖譜(b)。

圖2為本發(fā)明實施例1中的SiP晶體的SEM(a)和SEM Mapping(b)。

圖3為本發(fā)明實施例1中的SiP線狀晶體攝影圖。

具體實施方式