一種制備GaAs薄膜材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制備GaAs薄膜材料的方法，以Ga2O3，As2O3或As2O5為原料，將Ga2O3與As的氧化物進行等摩爾比混合，密封于真空安瓶中，在500℃～600℃條件下反應，生成GaAsO3或GaAsO4；然后打碎安瓶，以氫氣、氫氣-氬氣混合氣、活性炭及碳氫化合物等為還原萃取劑，采用自創(chuàng)的高溫原位固相類萃取反應氣相沉積法，在較低真空條件下、在Si、Ge、不銹鋼、導電玻璃、導電陶瓷等不同襯底（基片）上成功制備得厚度可控的、灰黑色的、具有較高結晶度、高純度單一物相的GaAs薄膜材料。本發(fā)明使用的原料簡單，價廉易得，均為固體或無毒氣體，對環(huán)境無污染，對操作人員無安全威脅；制備設備簡單，制備周期短，對襯底（基片）材料適應性強，制備成本低，可實現較大規(guī)模的GaAs薄膜材料制備。
【專利說明】一種制備GaAs薄膜材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜材料制造領域，具體涉及一種制備GaAs薄膜材料的方法【背景技術】
[0002]砷化鎵(GaAs)是由III A族元素Ga和V A族元素As化合而成的半導體材料，分子式為GaAs。室溫下其禁帶寬度為1.42eV，GaAs屬閃鋅礦型晶格結構，晶格常數5.65X 10_lclm，與磷化銦(InP)、磷化鎵(GaP)、砷化銦(InAs)同屬直接躍遷型能帶結構。砷化鎵呈黑灰色固體，熔點1238°C ;在6001:以下，能在空氣中穩(wěn)定存在，并且不為非氧化性的酸所侵蝕。
[0003]砷化鎵(GaAs)是半導體材料中兼具多方面優(yōu)點的材料，砷化鎵(GaAs)于1964年進入實質性應用階段。砷化鎵(GaAs)可以制成電阻率比硅(Si)、鍺(Ge)高出3個數量級以上的半絕緣高阻材料，用來制作集成電路襯底、紅外探測器、Y光子探測器等。由于其電子遷移率比硅大5~6倍，故在制作微波器件和高速數字電路方面得到重要應用。用砷化鎵(GaAs)制成的半導體器件具有高頻、高低溫性能好、噪聲小、抗輻射能力強等優(yōu)點。此外，還可以用于制作轉移器件-體效應器件。
[0004]砷化鎵(GaAs)擁有一些比Si更好的電子特性，使得GaAs可以用在高于250GHz的場合。如果等效的GaAs和Si元件都同時在高頻時操作，GaAs會產生更小的噪聲。同時因為GaAs擁有較高的崩潰電壓，所以GaAs比同樣的Si元件更適合在高功率的場合操作。由于這些特性，GaAs電路可以運用在移動電話、衛(wèi)星通訊、微波點對點連線、雷達系統(tǒng)等方面。GaAs還曾用于做成甘恩二極管、微波二極管和耿氏二極管)以發(fā)射微波。由于GaAs是直接帶隙的半導體材料，所以可以用做發(fā)光材料。而Si是間接帶隙材料，只能發(fā)射非常微弱的光。因此，GaAs在LED中應用前景仍然很廣泛。
[0005]砷化鎵在當代微電子和光電子產業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，其產品50%應用在軍事、航空和航天方面，30%用 于通信方面，其余用于網絡設備、計算機和測試儀器方面。由于砷化鎵優(yōu)良的高頻特性，它被廣泛用于制造無線通信和光通信器件，半絕緣砷化鎵單晶已經成為制造大功率微波、毫米波通信器件和集成電路的主要材料。用于光輻射、太陽能電池、紅外探測器、移動通訊、光纖通訊、有線電視、衛(wèi)星通信、汽車雷達、紅外LED、高亮度紅、橙、黃色LED、半導體激光二極管、軍用夜視儀和航天用高效太陽能電池。同時，隨著4G技術的興起，GaAs也將在4G通訊領域發(fā)揮其應有作用。
[0006]由于砷化鎵(GaAs)可在同一塊芯片上同時處理光電數據，因而被廣泛應用于遙控、手機、DVD計算機外設、照明等諸多光電子領域。另外，因其電子遷移率比硅高6倍，砷化鎵成為超高速、超高頻器件和集成電路的必需品。它還被廣泛使用于軍事領域，是激光制導導彈的重要材料。
[0007]GaAs的另一個很重要的應用是高效率的太陽能電池。1970年時,Zhores Alferov和他的團隊在蘇聯做出第一個GaAs異質結構的太陽能電池。用GaAs、Ge和InGaP三種材料做成的三界面太陽能電池，其光電轉換效率達到32%以上，且可以在2，OOOSuns的光強下操作。這種太陽能電池曾運用在探測火星表面的機器人-精神號漫游者(spirit rover)和機會號漫游者(opportunity rover)上。而且很多太陽能電池都是用GaAs單晶或薄膜來做電池陣列的。
[0008]目前，制備GaAs薄膜材料除了傳統(tǒng)方法外，主要還是采用分子束外延法(molecular beam epitaxy, MBE)或金屬有機化學氣相沉積法(metal-organic chemicalvapor deposition,M0CVD)。傳統(tǒng)方法中采用高純金屬Ga和高純非金屬As反應得到GaAs,化學反應如反應式(I)。后者采用鎵的昂貴金屬有機化合物液態(tài)(或氣態(tài))三甲基鎵和As的劇毒化合物(如氣態(tài)砷烷AsH3)反應制備得到GaAs，其化學反應如反應式(2)。這些制備方法都對設備要求極高，且設備昂貴、工藝復雜。
[0009]本發(fā)明人在
【發(fā)明者】劉興泉, 張銘菊, 劉一町, 何永成 申請人:電子科技大學