[发明专利]单晶高Al组分AlxGa1-xN三元合金纳米棒的制备方法

说明书

一种单晶高Al组分Al_xGa_1‑xN三元合金纳米棒的制备方法，首先制备沉积厚度为0.5～1.0mm沉积薄层铝粉的硅基片。再将金属Al粉平铺于反应舟一端，上方放置硅基片，将Ga液滴置于反应舟另一端，将反应装置放入一端开口石英试管中，密闭，抽真空；当真空度≤5Pa，通入氩气，待整个氛围为氩气后，调节氩气流量，加热至900～1000℃时，调节氩气流量为40～60sccm，同时，通入与氩气流量相同流量的氨气，保持1～3h，随炉冷却，得到高Al组分的单晶Al_xGa_1‑xN三元合金纳米棒，Al组分可调范围为0.88≤x≤0.92。该方法工艺简单、重复性好、无相分离、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

本发明属于三族氮化物半导体合金纳米结构生长的技术领域，具体涉及一种单晶高Al 组分Al_xGa_1-xN三元合金纳米棒的制备方法。

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，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。由于一维纳米结构外延生长中与衬底材料的晶格失配小，一维纳米结构的几何形状使失配应变能真正通过侧壁消失，即可以将与衬底产生的应力大部分驰豫掉或全部消除，从而减少或消除位错，提高晶体质量。此外，低维纳米材料的维度、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实用新型光电器件方面有潜在的应用前景，高Al组分的AlGaN合金纳米结构的制备已经引起了广泛的关注，不过高 Al组分AlGaN一维纳米结构的生长仍然还面临许多困难和挑战。

目前AlGaN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，以金属镓和商业铝粉为反应原料，在常压下，温区 (900℃-1000℃)，通过控制反应温度以及镓源与生长衬底之间的距离，实现了单晶AlGaN 三元合金纳米棒的生长。为制备高Al组分的Al_xGa_1-xN三元合金半导体，在硅衬底上沉积一薄层金属Al粉，实现富Al的生长环境。目前还没有利用此方法实现高Al组分可调的Al_xGa_1-xN 三元合金纳米棒的报道。

发明内容

本发明解决的关键问题是，提供一种单晶高Al组分Al_xGa_1-xN三元合金纳米棒的制备方法，该方法使用金属铝粉、金属镓和氨气为反应原料，反应温度范围900℃-1000℃，气相沉积法生长，制备出高Al组分的单晶Al_xGa_1-xN三元合金纳米棒，Al组分可调范围为0.88≤x≤0.92。该方法工艺简单、重复性好、无相分离、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。