一種用于寬禁帶半導(dǎo)體的氧化鋁-氧化鎵混晶材料，結(jié)構(gòu)式為Ga2-2xAl2xO3，其中氧化鋁摻雜摩爾比x為0-50％，及其制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)保持了原有的氧化鎵晶體結(jié)構(gòu)，形成混晶，晶體具有很高的光學(xué)質(zhì)量，無開裂，散射顆粒，氣泡等缺陷，顏色均勻；通過摻雜，晶體的紫外吸收截止邊延伸到210-255nm，是一種非常優(yōu)良的深紫外襯底材料。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及人工晶體領(lǐng)域，特別是一種用于寬禁帶半導(dǎo)體的氧化鋁-氧化鎵混晶材料。
技術(shù)介紹
β _Ga203是直接帶隙寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，禁帶寬度約為4.8?4.9eV，是目前所知的禁帶最寬的透明導(dǎo)電材料。它具有禁帶寬度大、擊穿場強(qiáng)高、飽和電子漂移速度快、介電常數(shù)小、熱導(dǎo)率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，從紫外到可見光波段都是透明的，相比傳統(tǒng)透明導(dǎo)電材料(TCOs)可以制備更短波長范圍內(nèi)工作的新一代半導(dǎo)體光電器件。β _Ga203材料可以作為GaN的襯底材料，它兼具藍(lán)寶石的高度透明性和SiC的優(yōu)良導(dǎo)電性，同時與GaN的晶格失配率很小，還可以通過表面氮化工藝形成的過渡層將外延過程中異質(zhì)外延轉(zhuǎn)變?yōu)橥|(zhì)外延，實現(xiàn)了與GaN的晶格完全匹配和準(zhǔn)同質(zhì)外延，有望大幅度提高GaN基光電子器件的性能。0_Ga2O3還是突破深紫外固態(tài)光源的重要技術(shù)方案。深紫外LED是指發(fā)光中心波長小于300nm的發(fā)光二極管，因其在軍事、國土安全、空間探索、保密通訊、高密度數(shù)據(jù)存儲、醫(yī)學(xué)(殺菌消毒)、環(huán)境保護(hù)(凈化水、空氣等)等方面都有巨大應(yīng)用價值，近年來對其開發(fā)非常活躍。深紫外LED研制要求作為有源層的半導(dǎo)體材料禁帶寬度必須大于等于4.13eV，在常見的半導(dǎo)體材料中，能滿足這一要求的材料非常有限，因此，目前深紫外LED研制主要依賴AlN-GaN-1nN體系(以下簡稱GaN體系)，然而基于GaN體系的技術(shù)路線存在以下兩方面的技術(shù)難題:(1)為了滿足對基片透光性的要求，深紫外LED材料通常須生長在藍(lán)寶石、A1N等基片上，材料異質(zhì)外延生長技術(shù)難度普遍偏大，造成材料質(zhì)量普遍較差；(2)為了實現(xiàn)深紫外發(fā)光，有源層AlGaN的A1組份含量通常應(yīng)達(dá)到45%-50%，高鋁組份AlGaN材料還存在摻雜濃度低的問題，也是造成深紫外LED電光轉(zhuǎn)換效率普遍偏低(1-2% )的主要原因。經(jīng)過十多年的發(fā)展，雖然取得了一些進(jìn)展，但總體來看，基于GaN體系的深紫外LED技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟。由于氧化鎵的禁帶寬度約為4.8-4.9eV，其吸收邊對應(yīng)于250_260nm左右，因此，若采用基于氧化鎵的技術(shù)方案研制深紫外LED，則可采用氧化鎵作為基片的同質(zhì)外延有源層材料，材料質(zhì)量可獲得很大提升，因此，氧化鎵有可能成為突破深紫外固態(tài)光源的重要技術(shù)方案。除此之外，β _Ga203在紫外光學(xué)材料領(lǐng)域、透明氧化物導(dǎo)體、高溫氧氣傳感器、場效應(yīng)晶體管材料和深紫外探測二極管等器件等多個領(lǐng)域中均有良好的應(yīng)用
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于寬禁帶半導(dǎo)體的氧化鋁-氧化鎵混晶材料，通過對原料比例的控制，生長出具有不同性能的氧化鋁-氧化鎵混晶，氧化鋁含量的摩爾比為0% -50%，其紫外吸收截止邊進(jìn)一步延伸到210nm，并且氧化鎵晶體結(jié)構(gòu)并未有改變，具有顯著的性能優(yōu)勢。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案如下:—種用于寬禁帶半導(dǎo)體的氧化鋁-氧化鎵混晶材料，其特點在于:其結(jié)構(gòu)式為Ga2 2χΑ12χ03，其中氧化招摻雜摩爾比X為0-50%。該混晶材料為單斜晶系，空間群為c2/m。該混晶材料的紫外光譜吸收邊為210-255nm。所述的氧化鋁-氧化鎵混晶材料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:①采用純度為99.999%的高純氧化鎵和氧化鋁粉末原料，根據(jù)摩爾比配方(l_x)Ga203+xAl203精確稱取原料，其中0彡X彡0.50 ;②將所稱重的原料放入清潔的聚四氟乙烯球磨罐中，放入瑪瑙球，倒入適量無水乙醇，密封后，放入行星球磨機(jī)中，混料12_24h。③將球磨罐放入烘箱中，設(shè)定溫度75?100°C，烘烤6-10h，確保乙醇揮發(fā)完全；④將干燥的混合粉料放入有機(jī)模具中，等靜壓下壓制成料棒。⑤壓制好的料棒在馬弗爐中1200-1600°C燒結(jié)10_20h，除去原料中的水分，并讓氧化鋁與氧化鎵原料發(fā)生固相反應(yīng)，形成多晶料。⑥將燒結(jié)后的料棒作為上棒，氧化鎵籽晶作為下棒，氧化氣氛下生長，晶體生長完畢，緩慢降至室溫，取出晶體。所述的步驟②中原料與無水乙醇的比例為1:0.8?1.2。所述的步驟⑥中晶體生長速度為l-15mm/h，轉(zhuǎn)速為5_20rpm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是:在氧化鎵基質(zhì)中摻入氧化鋁，摻雜摩爾比為0% _50%，保持了原有的氧化鎵晶體結(jié)構(gòu)，形成混晶，晶體具有很高的光學(xué)質(zhì)量，無開裂，散射顆粒，氣泡等缺陷，顏色均勻。通過摻雜，晶體的紫外吸收截止邊延伸到210-255nm，是一種非常優(yōu)良的深紫外襯底材料。【附圖說明】圖1實施例與對比例樣品XRD物相結(jié)構(gòu)分析圖圖2實施例與對比例樣品吸收光譜圖。【具體實施方式】下面結(jié)合具體實施案例對專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步闡述，但不應(yīng)以此限制本專利技術(shù)的包含范圍。實施例1:用上述的原料配比和工藝流程生長氧化鋁-氧化鎵混晶材料，原料配比中取X =0.1。將Ga203，Al203高純原料(純度均為99.999% )，按摩爾比0.9:0.1比例稱取。原料采用乙醇濕法球磨16h混合均勻，并經(jīng)烘箱溫度100°C烘烤6h，用有機(jī)彈性塑料模具在等靜壓機(jī)中壓制成料棒，并在馬弗爐中1500°C燒結(jié)10h。將燒結(jié)好的料棒裝進(jìn)浮區(qū)爐中作為上棒，氧化鎵籽晶作為下棒。升溫使籽晶熔化并接種，開始生長晶體。晶體生長速度5mm/h，旋轉(zhuǎn)速度lOrpm，氣氛為空氣。晶體生長完畢后拉脫熔區(qū)，經(jīng)過3小時緩慢降至室溫，取出晶體。所得晶體完整無開裂，顏色均勻。經(jīng)檢測，該混晶保持原有的氧化鎵的單斜晶體結(jié)構(gòu)(附圖1)，紫外吸收邊在250nm(附圖2)。實施例2:用上述的原料配比和工藝流程生長氧化鋁-氧化鎵混晶材料，原料配比中取X =0.3。將Ga203，Al203高純原料(純度均為99.999% )，按摩爾比0.7:0.3比例稱取。原料采用乙醇濕法球磨18h混合均勻，并經(jīng)烘箱溫度70°C烘烤10h，用有機(jī)彈性塑料模具在等靜壓機(jī)中壓制成料棒，并在馬弗爐中1500°C燒結(jié)10h。將燒結(jié)好的料棒裝進(jìn)浮區(qū)爐中作為上棒，氧化鎵籽晶作為下棒。升溫使籽晶熔化并接種，開始生長晶體。晶體生長速度4mm/h，旋轉(zhuǎn)速度12rpm，氣氛為空氣。晶體生長完畢后拉脫熔區(qū)，經(jīng)過3小時緩慢降至室溫，取出晶體。所得晶體完整無開裂，顏色均勻。經(jīng)檢測，該混晶保持原有的氧化鎵的單斜晶體結(jié)構(gòu)(附圖1)，紫外吸收邊在230nm(附圖2)。對比例1:將Ga203高純原料(純度均為99.999 % )采用乙醇濕法球磨12h研磨均勻，并經(jīng)烘箱溫度80°C烘烤6h，用有機(jī)彈性塑料模具在等靜壓機(jī)中壓制成料棒，并在馬弗爐中1500°C燒結(jié)10h。將燒結(jié)好的料棒裝進(jìn)浮區(qū)爐中作為上棒，氧化鎵籽晶作為下棒，氣氛為空氣。升溫使籽晶熔化并接種，開始生長晶體。晶體生長速度5mm/h，旋轉(zhuǎn)速度lOrpm。晶體生長完畢后拉脫熔區(qū)，經(jīng)過2小時緩慢降至室溫，取出晶體。所得晶體完整無開裂，顏色均勻。經(jīng)檢測，該單晶與標(biāo)準(zhǔn)卡片符合良好(附圖1)，紫外吸收邊在255nm(附圖2)。對比例2:用上述的原料配比和工藝流程生長氧化鋁-氧化鎵混晶材料，原料配比中取X =0.6ο將Ga203，Al203高純原料(純度均為99.999% )，按摩爾比0.6:0.4比例稱取。原料采用乙醇濕法球磨12h混合均勻，并經(jīng)烘箱溫度80°C烘烤6h，用有機(jī)彈性塑料模具在等靜壓機(jī)中壓制成料棒，并在馬弗爐中本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于寬禁帶半導(dǎo)體的氧化鋁?氧化鎵混晶材料，其特征在于：其結(jié)構(gòu)式為Ga2?2xAl2xO3，其中氧化鋁摻雜摩爾比x為0?50％。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：夏長泰，賽青林，肖海林，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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