稀土掺杂GaN纳米薄膜的制备方法

稀土掺杂gan纳米薄膜的制备方法
技术领域
1.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：

2.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。
3.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 from nanocrystalline gan powders co-doped with er
3
and yb
3
，optical materials，2009，31：800-804)。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.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；
7.包括以下步骤：
8.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；
9.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℃；
10.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。
11.上述技术方案中进一步改进的方案如下：
12.1、上述方案中，所述稀土铕金属蒸发池设置于镓金属蒸发池上方。
13.2、上述方案中，所述衬底上的铕掺gan单晶薄膜生长速率控制在60～120μm/h。
14.由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
15.本发明稀土掺杂gan纳米薄膜的制备方法，其获得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，从而减少缺陷密度，提高发光均匀性。
附图说明
16.附图1为本发明gan纳米薄膜的制备方法的反应器结构示意图；
17.附图2为本发明制备方法获得gan纳米薄膜的sem微观照片。
18.以上附图中：1、反应器；2、第一进气通道；3、第二进气通道；4、第三进气通道；5、排气通道；6、镓金属蒸发池；7、稀土铕金属蒸发池；8、衬底。
具体实施方式
19.实施例：一种稀土掺杂gan纳米薄膜的制备方法，如附图1所示，所述制备方法基于一反应器1，此反应器1一侧在竖直方向上依次设置有第一进气通道2、第二进气通道3和第三进气通道4，另一侧具有排气通道5，一衬底8位于第一进气通道2、第二进气通道3、第三进气通道4与排气通道5之间；
20.包括以下步骤：
21.步骤一、在反应器1中第一进气通道2、第三进气通道4内分别设置有镓金属蒸发池6、稀土铕金属蒸发池7，所述衬底8设置于反应器1的底部；
22.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3进入反应器1内，氯化氢作为反应气体分别流过设置有镓金属蒸发池6、稀土铕金属蒸发池7的第一进气通道2、第三进气通道4，从而在衬底8上形成铕掺gan单晶薄膜；所述镓金属蒸发池6的温度为860℃，所述稀土铕金属蒸发池7的温度为700℃；
23.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1100℃，退火时间为0.5h。
24.上述稀土铕金属蒸发池7设置于镓金属蒸发池6上方。
25.上述衬底8上的铕掺gan单晶薄膜生长速率控制在80μm/h。
26.本实施例获得的稀土掺杂gan纳米薄膜，微观照片如图2所示，可以观察到具有六边形特征的纳米结构，尺寸小于1μm。
27.采用上述稀土掺杂gan纳米薄膜的制备方法时，其获得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，从而减少缺陷密度，提高发光均匀性。。
28.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种稀土掺杂gan纳米薄膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法基于一反应器（1），此反应器（1）一侧在竖直方向上依次设置有第一进气通道（2）、第二进气通道（3）和第三进气通道（4），另一侧具有排气通道（5），一衬底（8）位于第一进气通道（2）、第二进气通道（3）、第三进气通道（4）与排气通道（5）之间；包括以下步骤：步骤一、在反应器（1）中第一进气通道（2）、第三进气通道（4）内分别设置有镓金属蒸发池（6）、稀土铕金属蒸发池（7），所述衬底（8）设置于反应器（1）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（3）进入反应器（1）内，氯化氢作为反应气体分别流过设置有镓金属蒸发池（6）、稀土铕金属蒸发池（7）的第一进气通道（2）、第三进气通道（4），从而在衬底（8）上形成铕掺gan单晶薄膜；所述镓金属蒸发池（6）的温度为850~900℃，所述稀土铕金属蒸发池（7）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0.5~4 h。2.根据权利要求1所述的稀土掺杂gan纳米薄膜的制备方法，其特征在于：所述稀土铕金属蒸发池（7）设置于镓金属蒸发池（6）上方。3.根据权利要求1所述的稀土掺杂gan纳米薄膜的制备方法，其特征在于：所述衬底（8）上的铕掺gan单晶薄膜生长速率控制在60~120μm/h。

技术总结
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。并能使得稀土离子进入GaN晶格。并能使得稀土离子进入GaN晶格。


技术研发人员：王晓丹 罗璇 陈华军 王丹 毛红敏 葛丽娟 曾雄辉
受保护的技术使用者：苏州科技大学
技术研发日：2022.06.16
技术公布日：2022/9/2