CN102644050B - 一种多孔AlN/GaN薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过去一种利用镀膜技术、合金薄膜陶瓷化技术和去合金法技术三者相结合的方法来制备多孔AlN或GaN薄膜的方法。首先制备Al或Ga的合金薄膜，并在高纯氮气或高纯氨气的气氛下，在700～1000℃之间某一温度保温氮化3～10h，制备出氮化合金薄膜，然后经过酸洗，使得氮化合金薄膜中的另外一种金属的氮化物溶解在酸中，最后经过水洗干燥制得多孔AlN/GaN薄膜。利用本发明提供的方法可以低成本、高产能的制备出的多孔AlN或GaN薄膜的孔径在100～500nm范围内，相邻孔壁厚在10nm～50nm范围内、孔的比表面积在60～100m2/g，孔占薄膜的体积比约50％。

Description

一种多孔AlN/GaN薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于半导体与光电材料科学与工程技术领域，具体涉及一种利用镀膜技术、合金薄膜陶瓷化技术和去合金法技术三者相结合的制备多孔AlN/GaN薄膜的方法。
背景技术
具有纳米孔结构的多孔AlN或GaN薄膜可用作蓝光和白光LED芯片GaN基薄膜悬空横向外延生长的基底。然而，现有的GaN基薄膜生长所用的多孔AlN或GaN薄膜基底一般是先用MOCVD或MBE的方法生长出AlN或GaN薄膜，然后利用反应离子刻蚀、激光刻蚀、粒子束刻蚀等方法在AlN或GaN薄膜刻蚀出孔，从而制备出多孔AlN或GaN薄膜。现有的多孔AlN或GaN薄膜制备方法存在的高成本、低产能的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用镀膜技术结合合金陶瓷化技术和去合金技术制备多孔AlN或多孔GaN薄膜的方法，解决了现有技术无法低成本、高产能的制备多孔AlN或GaN薄膜的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种多孔AlN/GaN薄膜的制备方法，具体按以下步骤实施：
步骤1，称取原料，
按物质的量之比为3∶7～7∶3称取A组分和B组分，
A组分为Al或Ga，
B组分为Mg、Li或Ca中任一种，或任意两种或三种以任意比例的组合；
步骤2，制备合金薄膜，
将A组分与B组份同时向基片上沉积，制得合金薄膜；
步骤3，合金薄膜氮化，
把合金薄膜连同基片材料在真空气氛炉中，在氮气或氨气气氛中，以150～300℃/h的加热速度从室温加热到700℃～1000℃后，在700℃～1000℃的温度下保温氮化3h～10h，以获得合金氮化物薄膜；
步骤4，酸洗，
将氮化得到的合金氮化物薄膜连同基片冷却到室温后，浸泡到酸中1h～3h，使B组份的氮化物充分溶解到酸中，得到多孔薄膜；
步骤5，清洗、干燥，
把经酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，并进行干燥，即可。
本发明的特点还在于：
其中，在步骤2中，采用磁控溅射镀膜技术或真空蒸镀镀膜技术将A组分与B组份同时向基片上沉积，获得合金薄膜。
其中，步骤4中酸的浓度为0.1M～1M的稀盐酸或浓度为0.1M～1M稀硫酸。
其中，步骤2中的基片为蓝宝石、碳化硅或Si单晶。
本发明的有益效果是：能够低成本、高产能的制备得到多孔AlN或GaN薄膜，且制得的薄膜的孔径在100～500nm范围内、相邻孔壁厚在10nm～50nm范围内、孔的比表面积在60～100m2/g，孔占薄膜的体积比约50％。
附图说明
图1是用利用本发明方法制备出的多孔AlN薄膜的高分辨率SEM图；
图2是用利用本发明方法制备出的多孔GaN薄膜的高分辨率SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
称取Al块81kg，Mg块168kg，按照磁控溅射镀膜技术同时向碳化硅基片上沉积，获得Al-Mg合金薄膜；然后将Al-Mg合金薄膜连同基片材料在真空气氛炉中，在氮气(纯度为99.999％)气氛中，以150℃/h的加热速度从室温加热到700℃后，在700℃的温度下保温氮化3h，以获得合金氮化物薄膜；将氮化得到的合金氮化物薄膜连同基片冷却到室温后，浸泡到浓度为0.1M稀硫酸中1h，使Mg的氮化物充分溶解到酸中，得到多孔薄膜；把经酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，在真空干燥箱中于100℃干燥1h，即得多孔AlN薄膜。
实施例2
称取Ga液280kg，Ca块240kg，按照真空蒸镀镀膜技术同时向硅单晶基片上沉积，获得Ga-Ca合金薄膜；然后将Ga-Ca合金薄膜连同基片材料在真空气氛炉中，在氨气(纯度为99.99999％)气氛中，以300℃/h的加热速度从室温加热到1000℃后，在1000℃的温度下保温氮化10h，以获得合金氮化物薄膜；将氮化得到的合金氮化物薄膜连同基片冷却到室温后，浸泡到浓度为1M的稀盐酸中3h，使Ca的氮化物充分溶解到稀酸中，得到多孔薄膜；把经酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，在真空干燥箱中于120℃干燥3h，即得多孔GaN薄膜。
实施例3
称取Al块189kg，Li块21kg，按照真空蒸镀镀膜技术同时向蓝宝石基片上沉积，获得Al-Li合金薄膜；然后将Al-Li合金薄膜连同基片材料在真空气氛炉中，在氨气(纯度为99.99999％)气氛中，以200℃/h的加热速度从室温加热到800℃后，在800℃的温度下保温氮化7h，以获得合金氮化物薄膜；将氮化得到的合金氮化物薄膜连同基片冷却到室温后，浸泡到0.5M的稀硫酸中2h，使Li的氮化物充分溶解到稀酸中，得到多孔薄膜；把经酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，在真空干燥箱中于110℃干燥2h，即得多孔AlN薄膜。
实施例4
称取Ga液350kg，Ca块80kg，Mg块48kg，按照真空蒸镀镀膜技术同时向硅单晶基片上沉积，获得Ga-Ca-Mg合金薄膜；然后将镓钙合金薄膜连同基片材料在真空气氛炉中，在氮气(纯度为99.999％)气氛中，以180℃/h的加热速度从室温加热到900℃后，在900℃的温度下保温氮化8h，以获得合金氮化物薄膜；将氮化得到的合金氮化物薄膜连同基片冷却到室温后，浸泡到浓度为0.2M稀盐酸中1.5h，使Ca的氮化物和Mg的氮化物充分溶解到酸中，得到多孔薄膜；把经酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，在真空干燥箱中于105℃干燥1.5h，即得多孔GaN薄膜。
实施例5
称取Al块162kg，Mg块48kg，Ca块40kg，Li块14kg按照磁控溅射镀膜技术同时向碳化硅基片上沉积，获得Al-Mg-Ca-Li合金薄膜；然后将该合金薄膜连同基片材料在真空气氛炉中，在氮气(纯度为99.999％)气氛中，以250℃/h的加热速度从室温加热到850℃后，在850℃的温度下保温氮化9h，以获得合金氮化物薄膜；将氮化得到的合金氮化物薄膜连同基片冷却到室温后，浸泡到浓度为0.8M稀硫酸中2.5h，使Mg的氮化物、Ca的氮化物和Li的氮化物分别充分溶解到酸中，得到多孔薄膜；把经酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，在真空干燥箱中于115℃干燥2.5h，即得多孔AlN薄膜。
利用本发明提供的多孔AlN或GaN薄膜制备方法，制备出的多孔AlN或GaN薄膜的结构如图1和图2所示，从图中可以看出，该多孔薄膜上孔径在100～500nm范围内，相邻孔壁厚在10nm～50nm范围内、孔的比表面积在60～100m2/g，孔占薄膜的体积比约50％。
采用本发明提供的方法能够低成本、高产能的制备得到多孔AlN或GaN薄膜，极大的降低白光或蓝光LED用GaN薄膜生长所需的多孔AlN或GaN薄膜基底的制备成本和技术难度，从而降低白光或蓝光LED的制备成本，极大的推动白光或蓝光LED的在照明、显示和装饰等各方面的应用发展。

Claims (3)

1.一种多孔AlN/GaN薄膜的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
步骤1，称取原料，
按物质的量之比为3:7～7:3称取A组分和B组分，
A组分为Al或Ga，
B组分为Mg、Li或Ca中任一种，或任意两种或三种以任意比例的组合；
步骤2，制备合金薄膜，
采用磁控溅射镀膜技术或真空蒸镀镀膜技术将A组分与B组份同时向基片上沉积，制得合金薄膜；
步骤3，合金薄膜氮化，
把合金薄膜连同基片材料在真空气氛炉中，在氮气或氨气气氛中，以150～300℃/h的加热速度从室温加热到700℃～1000℃后，在700℃～1000℃的温度下保温氮化3h～10h，以获得合金氮化物薄膜；
步骤4，酸洗，
将氮化得到的合金氮化物薄膜连同基片冷却到室温后，浸泡到酸中1h～3h，使B组份的氮化物充分溶解到酸中，得到多孔薄膜；
步骤5，清洗、干燥，
把经酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，并进行干燥，即可。
2.根据权利要求1所述的多孔AlN/GaN薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4中酸的浓度为0.1M～1M的稀盐酸或浓度为0.1M～1M稀硫酸。
3.根据权利要求1所述的多孔AlN/GaN薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2中的基片为蓝宝石、碳化硅或Si单晶。
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