[发明专利]AlxGa1-xN三元合金锥状纳米晶及其制备方法

说明书

一种Al_xGa_1‑xN三元合金锥状纳米晶及其制备方法，属于半导体合金纳米材料制备的技术领域。该Al_xGa_1‑xN三元合金锥状纳米晶的制备方法包括使用六水氯化铝(AlCl₃·6H₂O)、金属镓和氨气为反应原料，组装反应装置，向装置内通Ar气，常压下，设定反应温度900℃‑1000℃，同时，通入流量为20～30sccm的NH₃和流量为20～30sccm的Ar，维持1～1.5h，冷却，利用气相沉积法在石英基片上制备出Al_xGa_1‑xN三元合金锥状纳米晶，Al组分可调范围为0<x≤0.51。其具有底部为四边形、侧面为三角形的角锥体结构。该方法工艺简单、重复性好、无相分、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纳米材料制备的技术领域，具体涉及一种Al_xGa_1-xN三元合金锥状 纳米晶及其制备方法。

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。制约高Al组分AlGaN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。锥状纳米结构外延生长中与衬底材料的晶格失配小，与衬底产生的应力大部分可以通过锥状晶体侧面驰豫掉或全 部消除，从而减少或消除位错。此外，纳米结构材料的维度、形貌、尺寸等因素与它们的独 特性能密切相关，也是构筑纳米功能器件的基础。因此，基于AlGaN合金材料优异的物理性 能及其在制作光电器件方面有潜在的应用前景，高Al组分的AlGaN合金纳米结构已经引起 了广泛的关注，。

目前AlGaN三元合金纳米结构的合成方法主要有：(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，使用六水氯化铝(AlCl₃·6H₂O)、金属镓和氨气为反应原 料，反应温度范围900℃-1000℃，常压下利用气相沉积法在石英衬底上制备出Al_xGa_1-xN锥 状纳米晶，Al组分可调范围为0＜x≤0.51。该方法工艺简单、重复性好、无相分、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。目前还没有利用此方法实现的Al_xGa_1-xN 三元合金锥状纳米晶的报道。

发明内容