[发明专利]稀土掺杂GaN纳米薄膜的制备方法

说明书

本发明公开一种稀土掺杂GaN纳米薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤一、在反应器中第一进气通道、第三进气通道内分别设置有镓金属蒸发池、稀土铕金属蒸发池，所述衬底设置于反应器的底部；步骤二、以氮气和氢气的混合气体作为载气混合有氨气从第二进气通道进入反应器内，氯化氢作为反应气体分别流过设置有镓金属蒸发池、稀土铕金属蒸发池的第一进气通道、第三进气通道，从而在衬底上形成铕掺GaN单晶薄膜；步骤三、将步骤二获得的铕掺GaN单晶薄膜装入炉中退火，退火条件为：氮气或和氨气，退火温度为1000~1200℃，退火时间为0.5~4 h。本发明制备方法获得的GaN纳米薄膜稀土离子掺入均匀并能使得稀土离子进入GaN晶格。

技术领域

本发明涉及半导体的技术领域，尤其涉及一种稀土掺杂GaN纳米薄膜的制备方法。

背景技术

GaN材料在微电子、光电子等领域都有着广阔的应用前景，其研究和应用是目前全球半导体研究的前沿和热点。与SiC、金刚石等半导体材料一起，被称为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。目前GaN基发光器件已经广泛应用于照明、显示等领域中，2014年，GaN基蓝光LED的发明人获得了诺贝尔物理学奖。此外，GaN材料在电力电子领域和微波射频领域都有着重要的应用。

稀土离子掺杂的GaN材料体系和发光器件在平板显示、光通讯、固体激光器、铁磁学等领域展示了良好的应用前景和巨大的发展潜力。目前关于稀土离子掺杂GaN材料的纳米结构，是通过溶液化学方法来制备，如M.Nyk等人将一定比例的Ga₂O₃、Er₂O₃、Yb₂O₃混合后，溶解在热的浓硝酸中，然后蒸发至干，将得到的粉体置于刚玉坩埚中在空气气氛中800℃高温下加热分解得到Er、Yb共掺的Ga₂O₃粉体，然后在氨气气氛中850℃高温下加热得到Er、Yb共掺的GaN纳米粉体(参见M.Nyk,et al.Red up-conversion emission fromnanocrystalline GaN powders co-doped with Er³⁺and Yb³⁺，Optical Materials，2009，31：800-804)。

现有技术存在以下技术缺陷：稀土离子掺入不均匀和难以进入GaN晶格。从而导致材料缺陷密度高，发光不均匀等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土掺杂GaN纳米薄膜的制备方法，该制备方法获得的稀土掺杂GaN纳米薄膜稀土离子掺入均匀并能使得稀土离子进入GaN晶格。从而降低缺陷密度，提高发光均匀性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种稀土掺杂GaN纳米薄膜的制备方法，所述制备方法基于一反应器，此反应器一侧在竖直方向上依次设置有第一进气通道、第二进气通道和第三进气通道，另一侧具有排气通道，一衬底位于第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道与排气通道之间；

包括以下步骤：

步骤一、在反应器中第一进气通道、第三进气通道内分别设置有镓金属蒸发池、稀土铕金属蒸发池，所述衬底设置于反应器的底部；

步骤二、以氮气和氢气的混合气体作为载气混合有氨气从第二进气通道进入反应器内，氯化氢作为反应气体分别流过设置有镓金属蒸发池、稀土铕金属蒸发池的第一进气通道、第三进气通道，从而在衬底上形成铕掺GaN单晶薄膜；所述镓金属蒸发池的温度为850～900℃，所述稀土铕金属蒸发池的温度为600～1000℃；

步骤三、将步骤二获得的铕掺GaN单晶薄膜装入炉中退火，退火条件为：氮气或和氨气，退火温度为1000～1200℃，退火时间为0.5～4h。

上述技术方案中进一步改进的方案如下：