[发明专利]高Al组分AlxGa1-xN三元合金微晶球及其制备方法

说明书

一种高Al组分Al_xGa_1‑xN三元合金微晶球及其制备方法，属于半导体合金材料制备的技术领域。该微晶球是不同Al组分纤锌矿结构Al_xGa_1‑xN三元合金晶体，Al组分可调范围为0.77≤x＜1，该微晶球平均直径为5.0μm。该微晶球的制备方法为以金属铝粉、金属镓和氨气为反应原料，抽真空，以流量为300～700sccm通入氩气，10～15min后，调节氩气流量为40～60sccm，同时，通入与氩气流量相同流量的氨气，然后加热，反应温度为950～1000℃，时间1～3h，气相沉积法生长，制备出高Al组分的Al_xGa_1‑xN三元合金微晶球。该方法工艺简单、重复性好、无相分离、生产成本低、没有添加任何催化剂和模板，易于工业推广应用。

技术领域

本发明属于半导体合金材料制备的技术领域，具体涉及一种高Al组分Al_xGa_1-xN三元合金微晶球及其制备方法。

背景技术

三族氮化物AlN和GaN是重要的宽禁带半导体光电材料，具有较高的直接带隙和优良的光电性能。随着GaN基蓝光LED的快速发展，更短波长紫外LED光源的研究也激起了科研工作者极大地热情。高Al组分AlGaN材料是制备紫外探测器、深紫外发光二极管、平板显示等光电器件的主流材料，由其制备的深紫外LED由于体积小、结构简单、集成性好，且寿命长、耗电低、环保无毒，比汞灯和氙灯等传统气体紫外光源有更大优势，具有巨大的社会和经济效益。此外，在医疗、杀菌、印刷、数据存储、以及保密通信等方面都有重大应用价值。

目前，可以通过改变AlGaN合金中Al组分制备紫外波段的LED，Al组分的增加使其发出更短波长的发光，但是随着Al组分的增加，AlGaN合金的制备、掺杂以及发光器件制作难度高，发光效率降低。深紫外光源发光效率的主要在于缺乏合适的衬底，导致高Al组分AlGaN 外延层应力大，容易开裂，影响晶体质量。微晶球外延生长中与衬底材料的晶格失配小，消除材料存在极强的应力和极化场，即可以将与衬底产生的应力大部分驰豫掉或全部消除，从而提高LED内量子效率的提高，克服沿c轴方向出光效率较低的缺点。因此，基于AlGaN 合金材料优异的物理性能及其在制作实用新型光电器件方面有潜在的应用前景，高Al组分的 AlGaN合金的制备已经引起了广泛的关注，不过高Al组分AlGaN半导体合金材料的生长仍然还面临许多困难和挑战。

目前AlGaN三元合金材料的合成方法主要有：(1)氯化物化学气相沉积法；(2)金属有机物化学气相沉积(MOCVD)；(3)分子束外延(MBE)。第一种制备方法，其反应原料氯化物容易潮解，并且价格较贵。第二种MOCVD制备方法使用的反应物为有机源，需要做好防毒措施。第三种MBE方法使用的反应源简单，但是MBE方法由于自身的特点，而且它成本昂贵，不适合商业化发展。而且MOCVD和MBE方法都出现了自发相分离现象。

本发明利用自制的气相沉积系统，以金属镓和商业铝粉为反应原料，在常压下，温区 (950℃-1000℃)，通过控制反应温度以及镓源与生长衬底之间的距离，实现了AlGaN三元合金微晶球的生长。为制备高Al组分的Al_xGa_1-xN三元合金半导体，在硅衬底上沉积一薄层金属Al粉，实现富Al的生长环境。目前还没有利用此方法实现高Al组分可调的Al_xGa_1-xN三元合金微晶球的报道。

发明内容