专利名称：一种制备InP薄膜材料的方法
技术领域：
本发明涉及薄膜材料的制备方法，特别是涉及一种InP薄膜材料的制备方法。
背景技术：
磷化铟(InP)是由III A族元素In和V A族元素P化合而成的半导体材料。分子式为InP。室温下其禁带宽度为1.35eV，与InP—样同属直接跃迁型能带结构。磷化铟(InP)为浙青光泽的深灰色晶体，熔点1070°C，闪锌矿结构，常温下带宽(Eg)为1.35eV。磷化铟(InP)熔点下离解压为2.75MPa。极微溶于无机酸。介电常数10.8。电子迁移率4600cm2/(V.s)。空穴迁移率150cm2/(V.s)。具有半导体的特性。最早由金属铟和赤磷在石英管中加热反应制得。磷化铟用作半导体材料，用于光纤通信技术。半导体技术的商业化生产历史可以看着是一系列工艺技术不断改进和更新发展的历史。第一个商业化晶体管是用锗(Ge)制造的，但在20世纪60年代早期，硅(Si )器件很快就在性能和价位上超过了它。硅半导体之所以现在能确立在半导体工业中的统治地位，部分要归功于工艺技术的不断开发，使得硅器件在集成功能性和价位上具有很强的竞争能力。第三种商业化半导体技术出现于20世纪80年代后期，它来自于化合物材料领域-砷化镓(InP)，但由于砷化镓制备的复杂性和难度，人们仍在寻找一种能够替代砷化镓的化合物半导体技术，用于高性能、大批量商业应用中。现在一种新的化合物半导体器件已经开始出现，这就是磷化铟(InP)及其衍生材料，它们形成半导体材料发展的第四次浪潮。磷化铟半导体在光纤制造、毫米波甚至在无线应用方面都明显的显示出了使人信服的优于砷化镓的性能优点。我们相信这些优点将使磷化铟与其他材料拉开差距，从而最终替代硅和砷化镓成为化合物半导体技术的最佳选择。到目前为 止，磷化铟薄膜材料的制备方法仍主要采用金属有机化学气相沉积法(M0CVD)、分子束外延法(MBE)、化学束外延法(CBE)、化学气相沉积法(CVD)、真空热蒸发法(VTE )、脉冲激光沉积法(PLD )、溶剂热法、溶液-液相-固相法(SLS )、胶体化学法等。这些方法各有其优缺点，制备出的InP薄膜材料的形貌和结构亦不相同。但这些方法的一个共同点就是制备工艺复杂，设备昂贵，成本高昂，环境污染大，原料有毒甚至剧毒，原料为气态或液态，具有相当大的危险性(参见:磷化铟纳米材料制备方法的最新研究进展，材料导报A,2011,25 (2):27-32 (42))。II1-V族化合物型半导体InP薄膜材料通常的制备方法除了上述传统方法和现代方法之外，主要还是采用昂贵苛刻的物理方法和复杂昂贵的MOCVD方法，前者采用高纯金属In和高纯非金属P反应得到InP，如反应式(I)。物理方法诸如等离子溅射法，分子束外延法(MBE )，电子束蒸发法(EBE )，脉冲激光沉积法(PLD )，磁控溅射法(MSD )等，后者采用铟的昂贵金属有机化合物液态或气态三甲基铟和磷的剧毒化合物(如气态磷烷PH3)反应制备得到InP，如反应式(2)。它们的原理和反应分别如下:In+P — InP — InP(I)In (CH3) 3+PH3 — InP+3CH4 (2 )
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种设备简化，方法和原材料以及制备工艺都要明显优于现有技术和方法的制备InP薄膜材料的方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现:一种制备InP薄膜材料的方法，以In2O3, P2O5以及还原萃取剂为原料，加入与固体原料质量509Γ100%相当的无水乙醇，研磨均匀后，用l(Tl5MPa的压力将其压成厚度为f IOmm的片材，然后将其放置于反应器刚玉坩埚中，用高纯氮气抽真空，置换到氧气浓度为ppm级，然后再用混合气体抽真空置换广2次，抽真空至7 13Pa，控制升温速度在5 1(TC /min范围内，反应区加热升温至1200°C 1250°C范围内，沉积区加热升温至600°C 800°C范围内，恒温3 4h，其间保持真空度不小于-0.0SMPa ;当反应区温度达到预定温度后，自然降温至室温，充入混合气体至常压后，即得到灰黑色的InP薄膜。按摩尔比计:所述的In2O3: P2O5:还原萃取剂为:1.0: 1.0: 4.0^8.0所述的还原萃取剂选用:活性炭、氢气、氢气-氩气混合气及碳氢化合物中的至少一种。所述的混合气体为Ar与H2的混合气体，所述的H2体积占混合气体总体积的109^30%。本发明的原理和化学反应如反应式(3)、(4)所示:In203+P205+ 8H2 — 2InP+8H20 (3)In203+P205+8C — 2InP+8C0(4)上述反应中，生成的CO和H2O排出即可。采用本发明的技术方案以较大规模的制备InP目标薄膜材料，一次制备多片薄膜，且制备周期短，对衬底(基片)材料适应性强，不需要对其特别处理。本发明专利的制备方法与传统的或现有的InP制备方法的主要工艺参数比较如下表I所示。表I传统或现有方法与本发明专利方法的主要工艺参数比较表
权利要求
1.一种制备InP薄膜材料的方法，其特征在于:以In2O3, P2O5以及还原萃取剂为原料，加入与固体原料质量50°/Γ 00%相当的无水乙醇，研磨均匀后，用l(Tl5MPa的压力将其压成厚度为f IOmm的片材，然后将其放置于反应器刚玉坩埚中，用高纯氮气抽真空，置换到氧气浓度为PPm级，然后再用混合气体抽真空置换f 2次，抽真空至7 13Pa，控制升温速度在5 10°C /min范围内，反应区加热升温至1200°C 1250°C范围内，沉积区加热升温至6000C 800°C范围内，恒温:T4h，其间保持真空度不小于-0.08MPa ;当反应区温度达到预定温度后，自然降温至室温，充入混合气体至常压后，即得到灰黑色的InP薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种制备InP薄膜材料的方法，其特征在于:按摩尔比计:所述的In2O3IP2O5:还原萃取剂为:1.0:1.0:4.0 8.0。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备InP薄膜材料的方法，其特征在于:所述的还原萃取剂选用:活性炭、氢气、氢气-1S气混合气及碳氢化合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种制备InP薄膜材料的方法，其特征在于:所述的混合气体为Ar与H2的混合气体，所述的H 2体积占混合气体总体积的10°/Γ30%。
全文摘要
本发明公开了一种制备InP薄膜材料的方法，以In2O3，P2O5以及还原萃取剂为原料，加入与固体原料质量50%~100%相当的无水乙醇，研磨均匀后，用10~15MPa的压力将其压成厚度为1~10mm的片材，然后将其放置于反应器刚玉坩埚中，用高纯氮气抽真空，置换到氧气浓度为ppm级，然后再用混合气体抽真空置换1~2次，抽真空至7~13Pa，控制升温速度在5~10℃/min范围内，反应区加热升温至1200℃~1250℃范围内,沉积区加热升温至600℃~800℃范围内，恒温3~4h，其间保持真空度不小于-0.08MPa；当反应区温度达到预定温度后，自然降温至室温，充入混合气体至常压后，即得到灰黑色的InP薄膜，本发明使用的原料简单，价廉易得，且均为固体或无毒气体，对环境无污染，对操作人员无安全威胁。
文档编号C01B25/08GK103159193SQ20121055272
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者刘兴泉, 张铭菊 申请人:常州星海电子有限公司