一种氮化物膜及其制备方法技术

本发明专利技术一实施方式提供了一种氮化物膜及其制备方法，该方法包括：提供一基底，所述基底包括氮掺杂石墨烯层；以及，在所述氮掺杂石墨烯层上形成氮化物膜。本发明专利技术一实施方式的氮化物膜的制备方法，通过将氮原子掺入石墨烯骨架，形成了大量的悬挂键，有利于IIIA族氮化物层的成核生长，从而缩短了氮化物膜的生长时间，降低了器件生长成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化物膜及其制备方法
本专利技术涉及氮化物膜，具体为一种可用于LED器件的氮化物膜及其制备方法。
技术介绍
氮化镓(GaN)是一种具有宽直接带隙的Ⅲ-Ⅴ半导体，具有高热导率、高机械强度、高化学稳定性和强的抗辐照能力等性质，在光电子、高温大功率器件和高频宽带通讯器件应用方面有着广阔的前景。另外，氮化镓还可以与氮化铝(AlN)氮化铟(InN)混合形成三元或四元化合物，并进一步制备得到蓝光LED器件。就蓝光LED器件的生产而言，目前工业上采用的是用异质外延(以蓝宝石和碳化硅作为衬底)技术两步法生长GaN薄膜，即先低温生长多晶GaN作为缓冲层，再高温外延生长单晶p-GaN，之后进一步生长量子阱等结构获得蓝光LED器件。然而传统方法中，由于氮化物成核密度难以调控，往往会在后续氮化物成膜过程中引入过多缺陷，影响LED器件性能。
技术实现思路
本专利技术的一个主要目的在提供一种氮化物膜的制备方法，包括：提供一基底，所述基底包括氮掺杂石墨烯层；以及，在所述氮掺杂石墨烯层上形成氮化物膜。本专利技术一实施方式提供了一种复合氮化物膜，包括基底和氮化物膜，所述基底包括绝缘基底层和设置于所述绝缘基底层上的氮掺杂石墨烯层，所述氮化物膜设置于所述氮掺杂石墨烯层上。本专利技术一实施方式的氮化物膜的制备方法，通过将氮原子掺入石墨烯骨架，形成了大量的悬挂键，有利于IIIA族氮化物层的成核生长，从而缩短了氮化物膜(器件)的生长时间，降低了器件生长成本。附图说明图1为本专利技术一实施方式的用于在绝缘基底上制备氮掺杂石墨烯层的装置的结构示意图；图2a为本专利技术实施例1制得的氮掺石墨烯/蓝宝石基底的样品实物图；图2b为本专利技术实施例1制得的氮掺石墨烯/蓝宝石基底的扫描电子显微镜(SEM)图；图3为本专利技术实施例1的由低压热化学气相沉积生长得到的氮掺石墨烯/蓝宝石基底的样品XPS表征；图4为本专利技术实施例1的生长氮掺石墨烯样品和本征石墨烯样品的拉曼光谱谱图对比；图5a至5d为本专利技术实施例2中在不同氮掺浓度石墨烯/蓝宝石基底上生长得到的AlN成核扫描电子显微镜图；图6为本专利技术实施例3的由低压热化学气相沉积生长得到的氮掺石墨烯/蓝宝石基底的样品XPS表征；图7a、7b为本专利技术实施例3中在不同氮掺浓度石墨烯/蓝宝石基底上生长得到的AlN成核扫描电子显微镜图；图8a、8b为本专利技术实施例4的不同掺杂浓度的氮掺石墨烯作为外延层、成核时间均为15min时对应的氮化铝成核的SEM图；图9a、9b为本专利技术实施例5的不同掺杂浓度的氮掺石墨烯作为外延层、成核时间均为15min时对应的氮化铝成核的SEM图；其中，附图标记说明如下：10、绝缘基底；20、加热炉；30、碳源容器；40、氮源容器；50、质量流量计；60、压力测量计；70、真空泵；80、滑动轮；90、腔体。具体实施方式体现本专利技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。本专利技术一实施方式提供了一种氮化物膜的制备方法，包括：提供一基底，该基底包括氮掺杂石墨烯层(含氮石墨烯)；以及在氮掺杂石墨烯层上形成氮化物膜。于一实施方式中，氮化物膜为IIIA族氮化物膜，可用于LED器件，例如氮化铝膜、氮化镓膜。本专利技术一实施方式的方法，通过将氮掺石墨烯直接生长在绝缘基底上作为缓冲层，再在石墨烯缓冲层上外延生长氮化物，例如IIIA族氮化物。于一实施方式中，在氮掺杂石墨烯层中，氮的掺杂浓度为0.5～12wt％，例如0.8wt％、1wt％、1.2wt％、1.7wt％、2wt％、3wt％、4wt％、4.1wt％、5wt％、6wt％、8wt％、10wt％、11wt％等。本专利技术一实施方式的方法，可通过控制石墨烯层中掺杂氮的含量来调节氮化物的成核密度。于一实施方式中，氮掺杂石墨烯层数为1-15层。本专利技术一实施方式的氮掺杂石墨烯层中，氮原子会掺杂到石墨烯晶格当中，主要有三种键合方式：石墨氮、吡啶氮、吡咯氮。石墨氮是指氮原子与三个碳原子相连的情况，会给共轭π体系提供一个n电子从而对石墨烯造成n掺；吡啶氮是指氮原子连接在石墨面边缘的两个碳原子上，会给共轭π体系提供一个p电子造成p掺；吡咯氮是指氮原子与石墨面上两个碳原子连接形成一个五元环，会给共轭π体系提供2个p电子造成p掺。于一实施方式中，氮掺杂石墨烯层的制备方法包括：将绝缘基底置于化学气相沉积系统中进行化学气相沉积，引入碳源和氮源，沉积完毕降温至室温，在绝缘基底上形成氮掺杂石墨烯层。于一实施方式中，氮掺杂石墨烯层可以形成于绝缘基底的一面，也可以形成于绝缘基底的相对的两个表面。于一实施方式中，绝缘基底包括玻璃、SiO2/Si片、氮化硼、C3N4、SiC、Si片中的一种或多种。于一实施方式中，用作绝缘基底的玻璃包括石英玻璃、蓝宝石玻璃中的至少一种；其中，玻璃的厚度优选为1mm。本专利技术一实施方式的氮掺杂石墨烯层的制备方法，包括在化学气相沉积步骤之前，将绝缘基底进行清洗、干燥处理。于一实施方式中，用于清洗绝缘基底的清洗剂可以是超纯水、丙酮、异丙醇中的一种或多种；清洗的方法可以是超声清洗，超声的功率可以为70～90W，进一步可以为80W。于一实施方式中，将绝缘基底进行清洗、干燥处理的步骤包括：将绝缘基底依次用超纯水、异丙醇、丙酮和超纯水各清洗3～10min，再用氮气吹干。于一实施方式中，在氮掺杂石墨烯层的制备过程中，可同时通入碳源和氮源进行化学气相沉积，或直接通入含氮的碳源进行化学气相沉积，会获得纯石墨氮掺杂的石墨烯层。于另一实施方式中，在氮掺杂石墨烯层的制备过程中，可先通入碳源成核生长，通入时间控制在石墨烯成核生长后在绝缘基底上的覆盖度为5～95％，优选为90～95％，之后再通入氮源进行化学气相沉积，会获得石墨氮和吡啶氮两中掺杂形式的石墨烯层。于一实施方式中，碳源包含但不限于甲烷、乙烯、乙醇、乙炔、苯、乙烷中的一种或多种。于一实施方式中，氮源包含但不限于苯胺、乙腈、甲胺气体、甲胺的乙醇溶液、乙胺、乙醇胺、吡啶、硝基苯、氨气中的一种或几种。于一实施方式中，碳源和氮源的流量比为1:(0.1～10)，例如1:0.5、1:1、1:2、1:3、1:5、1:6、1:8等。于一实施方式中，用于制备氮掺杂石墨烯层的化学气相沉积法可以是低压热化学气相沉积法(LPCVD)和/或常压热化学气相沉积法(APCVD)。于一实施方式中，液态碳源或氮源优先采用低压化学气相沉积技术；沉积温度可以为700～1500℃，优选为1000～1100℃；沉积时间可以为30min～20h，通过控制生长时间可调控石墨烯的层数及厚度。于一实施方式中，常压热化学气相沉积法包括：将绝缘基底放入常规石英管中，在常压环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化物膜的制备方法，包括：/n提供一基底，所述基底包括氮掺杂石墨烯层；以及/n在所述氮掺杂石墨烯层上形成氮化物膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化物膜的制备方法，包括：
提供一基底，所述基底包括氮掺杂石墨烯层；以及
在所述氮掺杂石墨烯层上形成氮化物膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述氮掺杂石墨烯层中，氮的掺杂浓度为0.5～12wt％。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氮掺杂石墨烯层的制备方法包括：通过将碳源和氮源在绝缘基底上进行化学气相沉积，制得所述氮掺杂石墨烯层。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述碳源包括乙醇、乙烯、甲烷、乙炔、苯及乙烷中的一种或多种；和/或，
所述氮源包括苯胺、乙腈、甲胺、甲胺的乙醇溶液、乙胺、乙醇胺、吡啶、硝基苯、氨气中的一种或多种。


5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述碳源和所述氮源的摩尔比为1:(0.1～10)；和/或，
所述化学气相沉积选自低压热化学气相沉积法或常压热化学气相沉积法。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述低压热化学气相沉积法中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠范，王若嵛，高鹏，
申请(专利权)人：北京大学，北京石墨烯研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11