本发明专利技术Ⅲ－Ⅴ族半导体化合物及其固熔体薄膜的制备方法，特征是将ⅢＡ族中的任一金属、混合金属或其合金分别与含磷、砷或氮的芳基化合物或其混合物，在密闭的耐压容器中于１８０－４００℃反应不少于３小时，并将反应产物沉积于任一Ⅲ－Ⅴ族化合物衬底或刚玉、氧化镁、单晶硅、多晶硅或石英玻璃衬底表面；本发明专利技术方法所需温度较低，制备条件温和，操作简便易行；所得半导体化合物及其固熔体薄膜的化学组成可控；随着化学组成的不同，其薄膜表现出不同的带隙和光电性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于III-V族半导体化合物及其固熔体薄膜的制备方法，特别是涉及镓、铟的二元磷化物、砷化物、氮化物薄膜材料及其固熔体薄膜的制备技术。
技术介绍
据美国《应用物理快报》(Appl.Phys.Lett.，1979年，第35卷，第603-605页)报道，在InP衬底上以膦为原料，通过气相输运于710-850℃可制备出InxGa1-xAs薄膜；美国《应用物理杂志》(J.Appl.Phys.，1989年，第65卷，第1947-1951页)报道了利用金属有机化合物气相沉积方法(MOCVD)在750-900℃制备AlGaAs薄膜的方法；美国科学出版社(Academic Press)出版的《薄膜材料科学(沉积与结构)》(Materials Sciences of ThinFilms(Deposition and Structure)2002年第二版第284-286页)报道了用金属有机化合物三甲基镓与胂在650-750℃制备GaAs薄膜，用三甲基铟与膦在725℃制备InP薄膜；上述方法均使用了剧毒的气态金属有机化合物前驱源、膦或胂，且都是在高温650℃以上制备III-V族半导体化合物及固熔体薄膜；这些现有制备方法忽略了研究使用低毒反应前驱物和降低反应温度的制备路线。
技术实现思路
本专利技术提出一类III-V族半导体化合物及其固熔体薄膜的制备方法，以克服现有技术的上述缺陷。本专利技术的III-V族半导体化合物及其固熔体薄膜制备方法，其特征在于将IIIA族中的任一金属、混合金属或其合金分别与含磷、砷或氮的芳基化合物或其混合物，在密闭的耐压容器中于180-400℃反应不少于3小时，并将反应产物沉积于衬底表面。所述衬底为任一III-V族化合物衬底，或刚玉、氧化镁、单晶硅、多晶硅，或石英玻璃衬底。当选用IIIA族中单一金属反应源及单一芳基化合物反应源时，可获得III-V族半导体化合物薄膜；当选用金属合金、混合金属或混合芳基化合物作反应源时，则可得到III-V族半导体化合物固熔体薄膜材料。所述III-V族半导体化合物，其化学式可表示为MY，其中M＝In、Ga，Y＝P、As、N；所述III-V族半导体化合物固熔体，其化学式可表示为M1-x-yM′xM″yY1-u-vY′uY″v，其中M、M′、M″分别为In、Ga、Al，Y、Y′、Y″分别为P、As、N，0≤x、y、u、v≤1。通过调整不同种类的反应前驱物的化学配比，可合成一系列具有不同化学组成的III-V族半导体化合物及其固熔体薄膜材料；随着化学组成的不同，其薄膜表现出不同的带隙和光电性能。通过调节合成薄膜材料的化学组成，可以调控该材料的半导体化合物及其物理性能。与现有技术相比较，本专利技术突破了以往研究的盲区，提出了一种新的III-V族半导体化合物及其固熔体薄膜材料合成路线，建立了利用低毒反应物一步反应在衬底上沉积制备III-V族半导体化合物及其固熔体薄膜的方法。本方法所使用的反应物为低熔点的金属Ga、In及常温稳定的固体芳基化合物，其毒性比现有技术所使用的气态金属有机化合物及膦、胂有显著降低；同时所需要的反应温度(180-400℃)比现有技术的气相制备温度(650℃以上)有明显的降低，该制备条件较为温和，操作简便易行。由于反应发生在非均相体系的界面上及使用低熔点反应物，有利于薄膜在衬底上的沉积与附着。同时由于本专利技术方法中的有机副产物是重要的化工原料，因此可以大大地降低薄膜的制备成本。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作更为详细的说明。实施例1.在300-400℃以In与PPh3反应在刚玉衬底上沉积制备InP薄膜将0.010mol的In与0.011-0.015mol的PPh3在氩气或氮气的保护下加入到30ml的带有刚玉衬底的高压釜中，然后将其密封。把高压釜放在电阻炉中，升温到300-400℃，并在此温度下保温6-10小时。然后让其自然冷却到室温，便可得到InP薄膜。分别用苯、1N的盐酸和蒸馏水洗涤数次，用以去除黏附在薄膜表面的有机副产物和未反应的金属。采用扫描探针显微镜(SPM)、X光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)分析显示，产物为InP均匀颗粒薄膜，颗粒平均粒径约为5nm，薄膜中不含有未反应的单质铟杂质；发射光谱表征显示该薄膜在310nm处有强发光。用HPPh2替代PPh3，用单晶硅衬底、或GaAs衬底、或石英玻璃替代刚玉衬底，同样可以得到InP薄膜。实施例2.在200-350℃以Ga与PPh3反应在刚玉衬底上沉积制备GaP薄膜将0.010mol Ga与0.011-0.015mol PPh3在氩气或氮气保护下加入到30ml的带有刚玉衬底的高压釜中，密封。把高压釜放在电阻炉中，升温到200-350℃，保温6-10小时，然后自然冷却到室温，便可得到GaP薄膜。产物处理和表征同前，薄膜中不含有未反应的单质镓杂质；发射光谱表征显示此薄膜在350nm处有发光。用HPPh2替代PPh3，用单晶硅衬底替代刚玉衬底，同样可以得到GaP薄膜。实施例3.在180-350℃以Ga与AsPh3反应在刚玉衬底上沉积制备GaAs薄膜将0.010mol Ga与0.011-0.015mol AsPh3在氩气或氮气保护下加入到30ml的带有刚玉衬底的高压釜中，将其密封。把高压釜放在电阻炉中，升温到180-350℃，保温3-10小时。然后让其自然冷却到室温，便可得到GaAs薄膜；分别用苯、1N的盐酸和蒸馏水洗涤数次，用以去除黏附在薄膜表面的有机副产物和未反应的金属。产物表征同前，薄膜中不含有未反应的单质镓杂质。用HAsPh2替代AsPh3，用单晶硅衬底替代刚玉衬底，同样可以得到GaAs薄膜。实施例4.在220-400℃以In、Ga与PPh3反应在刚玉衬底上沉积制备InGaP薄膜将0.010mol In和0.001mol Ga与0.012-0.015mol PPh3在氩气或氮气保护下加入到30ml的带有刚玉衬底的高压釜中，然后将其密封。把高压釜放在电阻炉中，升温到220-400℃，保温6-10小时。然后让其自然冷却到室温，便可得到In1-xGaxP薄膜，0≤x≤0.1。分别用苯、1N的盐酸和蒸馏水洗涤数次，用以去除黏附在薄膜表面的有机副产物和未反应的金属；产物表征同前，薄膜中不含有未反应的单质铟、镓杂质。实施例5.在220-400℃以In、Ga与PPh3和AsPh3反应在刚玉衬底上沉积制备InGaPAs薄膜将0.010mol In、0.001mol Ga、0.012-0.015mol PPh3与0.001mol AsPh3在氩气或氮气的保护下加入到30ml的带有刚玉衬底的高压釜中，将其密封。把高压釜放在电阻炉中，升温到220-400℃，并在此温度下保温6-10小时。然后让其自然冷却到室温，便可得到In1-xGaxP1-yAsy薄膜，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1。薄膜产物处理和表征同前，薄膜中不含有未反应的单质铟和镓杂质。用HPPh2替代PPh3，HAsPh2替代AsPh3，同样可以得到InGaPAs薄膜；用NPh3替代AsPh3反应可以制备出InGaPN薄膜；当用0.010mol In、0.001mol Ga和0.001mol Al或其合金与0.012-0.015mol PPh3、0.001mo本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ⅲ－Ⅴ族半导体化合物及其固熔体薄膜的制备方法，其特征在于：将ⅢＡ族中的任一金属、混合金属或其合金分别与含磷、砷或氮的芳基化合物或其混合物，在密闭的耐压容器中于１８０－４００℃反应不少于３小时，并将反应产物沉积于衬底表面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晴，唐凯斌，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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