[发明专利]一种规模化制备LED用半导体材料氮化镓薄膜的方法

说明书

本发明提供一种规模化制备LED用半导体材料氮化镓薄膜的方法，将镓盐分散于二维氮化硼中，经过还原处理使镓原子在二维氮化硼的层间均匀分布，通过加入含氨气引发反应，在较低温度下氮化镓沿层生长形成规则的氮化镓薄膜。本发明提供上述方案克服了现有技术中氮化镓制备方法中，晶体生长速率低，周期长，且晶体生长条件较为苛刻，限制了氮化镓规模化生产和应用的技术缺陷，实现了在较低温度下氮化镓沿层生长规则的氮化镓薄膜的技术效果，适合大规模批量生产。

技术领域

本发明涉及材料加工领域，具体涉及一种规模化制备LED用半导体材料氮化镓薄膜的方法。

背景技术

LED 为通电时可发光的电子组件，是半导体材料制成的发光组件，材料使用III-V族化学元素（如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等），发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果，属于冷性发光，寿命长达十万小时以上。LED最大的特点在于：无须暖灯时间、反应速度很快(约在10^-9秒)、体积小、用电省、污染低、适合量产，具高可靠度，容易配合应用上的需要制成极小或数组式的组件，适用范围颇广，在显示、汽车、照明灯领域应用极广。已形成上游外延材料、中游芯片制造、下游器件封装等规模化生产。

GaN 材料属于直接跃迁型宽禁带半导体材料，宽直接带隙为3 .4eV，同时也是一种极稳定的、坚硬的高熔点材料，具有电子饱和速率高、介电系数小、导热性能好和抗辐射强度高等优良性能，是制作发光二极管 ( LED )、激光二极管 ( LD ) 和高温大功率集成电路的理想材料。GaN还具有强的原子键、高的热导率、好的化学稳定性 (几乎不被任何酸腐蚀 )、高击穿电压和强抗辐照能力等，在合成高温气敏传感器材料、高密度信息存储、高速激光打印、紫外探测器、高频微波器件和高密度集成电路等应用方面也有着广阔的应用潜力。因此GaN材料成为目前光电子材料领域的研究热点。

由于GaN半导体非常难以获得，现今对GaN的研究都集中在以异质材料(如A1₂O₃、SiC、Si等)为衬底的外延生长薄膜上。中国专利申请号 201410024671.1公开了一种利用六方氮化硼纳米片生长高质量氮化镓晶体的方法，将六方氮化硼纳米片配置成分散液，直接涂与氮化镓晶体的衬底上，然后再真空干燥箱干燥，最后将制备好的氢化物气相外延制备得到氮化镓晶体。但是，氮化镓由于晶体生长速率低，周期长，影响氮化镓规模化生产和应用。

中国专利申请号201510959591.X公开了一种利用涂层硅衬底生长氮化镓晶体的方法，该涂层硅衬底由硅基底和掺杂氮化硼薄片通过高压热处理键合在一起，其中掺杂氮化硼薄片是由铝和高熔点金属掺杂六方晶系氮化硼纳米片组成，通过同向啮合螺杆挤出机的反应，使铝离子和高熔点金属离子均匀插入到氮化硼的层状结构中。但是，通过螺杆机挤出的方式会破坏氮化硼的层状结构，进而无法为氮化镓晶体生长提供结构匹配的生长环境。

综上所述，目前氮化镓制备方法中，晶体生长速率低，周期长，且晶体生长条件较为苛刻，限制了氮化镓规模化生产和应用。因此，有必要提出一种规模化制备氮化镓材料的方法。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种规模化制备LED用半导体材料氮化镓薄膜的方法，将镓盐分散于二维氮化硼中，经过还原处理使镓原子在二维氮化硼的层间均匀分布，通过加入含氨气引发反应，在较低温度下氮化镓沿层生长形成规则的氮化镓薄膜，实现规模化制备氮化镓材料。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

（1）将8-20重量份氮化硼、1.5-5重量份镓盐和0.5-5重量份插层剂在高速混合机中以500-1500rpm的转速混合分散10-25min，得到预混物；

（2）将步骤（1）得到的预混物加入70-90重量份溶剂中充分搅拌，至所述氮化硼原料在溶剂中分散均匀，得到悬浊液；