專利名稱：一種多孔AlN/GaN薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體與光電材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種利用鍍膜技術(shù)、合金薄膜陶瓷化技術(shù)和去合金法技術(shù)三者相結(jié)合的制備多孔AlN/GaN薄膜的方法。
背景技術(shù)：
具有納米孔結(jié)構(gòu)的多孔AlN或GaN薄膜可用作藍(lán)光和白光LED芯片GaN基薄膜懸空橫向外延生長的基底。然而，現(xiàn)有的GaN基薄膜生長所用的多孔AlN或GaN薄膜基底一般是先用MOCVD或MBE的方法生長出AlN或GaN薄膜，然后利用反應(yīng)離子刻蝕、激光刻蝕、粒子束刻蝕等方法在AlN或GaN薄膜刻蝕出孔，從而制備出多孔AlN或GaN薄膜。現(xiàn)有的多孔AlN或GaN薄膜制備方法存在的高成本、低產(chǎn)能的問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種利用鍍膜技術(shù)結(jié)合合金陶瓷化技術(shù)和去合金技術(shù)制備多孔AlN或多孔GaN薄膜的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法低成本、高產(chǎn)能的制備多孔AlN或GaN薄膜的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是ー種多孔AlN/GaN薄膜的制備方法，具體按以下步驟實(shí)施步驟I，稱取原料，按物質(zhì)的量之比為3 : 7 7 : 3稱取A組分和B組分，A組分為Al或Ga，B組分為Mg、Li或Ca中任ー種，或任意兩種或三種以任意比例的組合；步驟2,制備合金薄膜，將A組分與B組份同時向基片上沉積，制得合金薄膜；步驟3,合金薄膜氮化，把合金薄膜連同基片材料在真空氣氛爐中，在氮?dú)饣虬睔鈿夥罩?，?50 3000C /h的加熱速度從室溫加熱到700°C 1000°C后，在700°C 1000°C的溫度下保溫氮化3h IOh,以獲得合金氮化物薄膜；步驟4，酸洗，將氮化得到的合金氮化物薄膜連同基片冷卻到室溫后，浸泡到酸中Ih 3h，使B組份的氮化物充分溶解到酸中，得到多孔薄膜；步驟5，清洗、干燥，把經(jīng)酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，并進(jìn)行干燥，即可。本發(fā)明的特點(diǎn)還在干其中，在步驟2中，采用磁控濺射鍍膜技術(shù)或真空蒸鍍鍍膜技術(shù)將A組分與B組份同時向基片上沉積，獲得合金薄膜。其中，步驟4中酸的濃度為O. IM IM的稀鹽酸或濃度為O. IM IM稀硫酸。
其中，步驟2中的基片為藍(lán)寶石、碳化硅或Si單晶。本發(fā)明的有益效果是能夠低成本、高產(chǎn)能的制備得到多孔AlN或GaN薄膜，且制得的薄膜的孔徑在100 500nm范圍內(nèi)、相鄰孔壁厚在IOnm 50nm范圍內(nèi)、孔的比表面積在60 100m2/g,孔占薄膜的體積比約50%。


圖I是用利用本發(fā)明方法制備出的多孔AlN薄膜的高分辨率SEM圖；圖2是用利用本發(fā)明方法制備出的多孔GaN薄膜的高分辨率SEM圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例I稱取Al塊81kg, Mg塊168kg,按照磁控派射鍍膜技術(shù)同時向碳化娃基片上沉積，獲得Al-Mg合金薄膜；然后將Al-Mg合金薄膜連同基片材料在真空氣氛爐中，在氮?dú)?純度為99. 999% )氣氛中，以150°C /h的加熱速度從室溫加熱到700°C后，在700°C的溫度下保溫氮化3h，以獲得合金氮化物薄膜；將氮化得到的合金氮化物薄膜連同基片冷卻到室溫后，浸泡到濃度為O. IM稀硫酸中l(wèi)h，使Mg的氮化物充分溶解到酸中，得到多孔薄膜；把經(jīng)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°C干燥lh，SP得多孔AlN薄膜。實(shí)施例2稱取Ga液280kg，Ca塊240kg，按照真空蒸鍍鍍膜技術(shù)同時向硅單晶基片上沉積，獲得Ga-Ca合金薄膜；然后將Ga-Ca合金薄膜連同基片材料在真空氣氛爐中，在氨氣(純度為99. 99999% )氣氛中，以300°C /h的加熱速度從室溫加熱到1000°C后，在1000°C的溫度下保溫氮化10h，以獲得合金氮化物薄膜；將氮化得到的合金氮化物薄膜連同基片冷卻到室溫后，浸泡到濃度為IM的稀鹽酸中3h，使Ca的氮化物充分溶解到稀酸中，得到多孔薄膜；把經(jīng)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°C干燥3h，即得多孔GaN薄膜。實(shí)施例3稱取Al塊189kg，Li塊21kg，按照真空蒸鍍鍍膜技術(shù)同時向藍(lán)寶石基片上沉積，獲得Al-Li合金薄膜；然后將Al-Li合金薄膜連同基片材料在真空氣氛爐中，在氨氣(純度為99. 99999% )氣氛中，以200°C /h的加熱速度從室溫加熱到800°C后，在800°C的溫度下保溫氮化7h，以獲得合金氮化物薄膜；將氮化得到的合金氮化物薄膜連同基片冷卻到室溫后，浸泡到O. 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；把經(jīng)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°C干燥2h，即得 多孔AlN薄膜。實(shí)施例4稱取Ga液350kg，Ca塊80kg，Mg塊48kg，按照真空蒸鍍鍍膜技術(shù)同時向硅單晶基片上沉積，獲得Ga-Ca-Mg合金薄膜；然后將鎵鈣合金薄膜連同基片材料在真空氣氛爐中，在氮?dú)?純度為99. 999% )氣氛中，以180°C /h的加熱速度從室溫加熱到900°C后，在900°C的溫度下保溫氮化8h，以獲得合金氮化物薄膜；將氮化得到的合金氮化物薄膜連同基片冷卻到室溫后，浸泡到濃度為O. 2M稀鹽酸中I. 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；把經(jīng)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°C干燥I. 5h，即得多孔GaN薄膜。實(shí)施例5稱取Al塊162kg, Mg塊48kg, Ca塊40kg, Li塊14kg按照磁控派射鍍膜技術(shù)同時向碳化硅基片上沉積，獲得Al-Mg-Ca-Li合金薄膜；然后將該合金薄膜連同基片材料在真空氣氛爐中，在氮?dú)?純度為99. 999% )氣氛中，以250°C /h的加熱速度從室溫加熱到850°C后，在850°C的溫度下保溫氮化9h，以獲得合金氮化物薄膜；將氮化得到的合金氮化物薄膜連同基片冷卻到室溫后，浸泡到濃度為O. SM稀硫酸中2. 5h，使Mg的氮化物、Ca的氮化物和Li的氮化物分別充分溶解到酸中，得到多孔薄膜；把經(jīng)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°C干燥2. 5h，即得多孔AlN薄膜。利用本發(fā)明提供的多孔AlN或GaN薄膜制備方法，制備出的多孔AlN或GaN薄膜的結(jié)構(gòu)如圖I和圖2所不，從圖中可以看出，該多孔薄I旲上孔徑在100 500nm徂圍內(nèi)，相鄰孔壁厚在IOnm 50nm范圍內(nèi)、孔的比表面積在60 100m2/g,孔占薄膜的體積比約50%。采用本發(fā)明提供的方法能夠低成本、高產(chǎn)能的制備得到多孔AlN或GaN薄膜，極大的降低白光或藍(lán)光LED用GaN薄膜生長所需的多孔AlN或GaN薄膜基底的制備成本和技術(shù) 難度，從而降低白光或藍(lán)光LED的制備成本，極大的推動白光或藍(lán)光LED的在照明、顯示和裝飾等各方面的應(yīng)用發(fā)展。
權(quán)利要求
1.ー種多孔AlN/GaN薄膜的制備方法，其特征在于，具體按以下步驟實(shí)施 步驟I，稱取原料， 按物質(zhì)的量之比為3 : 7 7 : 3稱取A組分和B組分， A組分為Al或Ga, B組分為Mg、Li或Ca中任ー種，或任意兩種或三種以任意比例的組合； 步驟2,制備合金薄膜， 將A組分與B組份同時向基片上沉積，制得合金薄膜； 步驟3,合金薄膜氮化， 把合金薄膜連同基片材料在真空氣氛爐中，在氮?dú)饣虬睔鈿夥罩校?50 300°C/h的加熱速度從室溫加熱到700°C 1000°C后，在700°C 1000°C的溫度下保溫氮化3h 10h，以獲得合金氮化物薄膜； 步驟4，酸洗， 將氮化得到的合金氮化物薄膜連同基片冷卻到室溫后，浸泡到酸中Ih 3h，使B組份的氮化物充分溶解到酸中，得到多孔薄膜； 步驟5,清洗、干燥， 把經(jīng)酸洗得到的多孔薄膜浸泡以去除薄膜孔中的酸溶液，并進(jìn)行干燥，即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多孔AlN/GaN薄膜的制備方法，其特征在于，在步驟2中，采用磁控濺射鍍膜技術(shù)或真空蒸鍍鍍膜技術(shù)將A組分與B組份同時向基片上沉積，獲得合金薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多孔AlN/GaN薄膜的制備方法，其特征在于，步驟4中酸的濃度為O. IM IM的稀鹽酸或濃度為O. IM IM稀硫酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多孔AlN/GaN薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中的基片為藍(lán)寶石、碳化硅或Si單晶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過一種利用鍍膜技術(shù)、合金薄膜陶瓷化技術(shù)和去合金法技術(shù)三者相結(jié)合的方法來制備多孔AlN或GaN薄膜的方法。首先制備Al或Ga的合金薄膜，并在高純氮?dú)饣蚋呒儼睔獾臍夥障?，?00～1000℃之間某一溫度保溫氮化3～10h，制備出氮化合金薄膜，然后經(jīng)過酸洗，使得氮化合金薄膜中的另外一種金屬的氮化物溶解在酸中，最后經(jīng)過水洗干燥制得多孔AlN/GaN薄膜。利用本發(fā)明提供的方法可以低成本、高產(chǎn)能的制備出的多孔AlN或GaN薄膜的孔徑在100～500nm范圍內(nèi)，相鄰孔壁厚在10nm～50nm范圍內(nèi)、孔的比表面積在60～100m2/g，孔占薄膜的體積比約50％。
文檔編號C23C8/24GK102644050SQ20121011103
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者顏國君 申請人:西安理工大學(xué)