[发明专利]一种利用石墨烯玻璃低成本大面积制备氮化铝薄膜的方法

说明书

本发明提供一种利用石墨烯玻璃低成本大面积制备氮化铝薄膜的方法。包括：1)在玻璃基底表面进行石墨烯薄膜的沉积，得到表面覆盖有石墨烯的玻璃；2)在所述表面覆盖有石墨烯的玻璃的石墨烯表面直接进行高温AlN薄膜的沉积，得到AlN薄膜。所述玻璃为耐高温玻璃，选自下述任意一种：石英玻璃、蓝宝石玻璃和耐高温硼硅玻璃等。本发明先在廉价石英玻璃、蓝宝石等耐高温玻璃上生长出石墨烯，然后将氮化铝薄膜一步法直接生长在石墨烯缓冲层上，无需经过低温氮化铝生长过程，直接大幅度降低了AlN薄膜生产成本。得到的AlN可以进一步加工成LED器件，基于石墨烯非常好的热导率，制成的LED芯片可以避免使用过程中的过热问题。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种利用石墨烯玻璃低成本大面积制备氮化铝薄膜的方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子以sp²杂化轨道组成的六角蜂窝状二维原子晶体。它具有非常好的导热性、良好的机械强度、超高的载流子迁移率、优异的导电性和与层数相关的高透光性等独特性能。与其它金属和半导体材料相比，石墨烯具有极高的化学稳定性，易于大规模制备，在微电子、信息技术、微纳传感器、新能源、环境、生物医学等领域的体现了巨大应用潜能。

氮化铝(AlN)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，AlN还可以与氮化镓(GaN)氮化铟(InN)混合形成三元或四元化合物，基于此制备出的光电器件在可见光波长到紫外光波长都有效。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)技术采用两步法生长AlN薄膜，即先低温生长AlN作为缓冲层，再生长高温AlN。然而在非晶基底上很难生长出成膜均匀且质量较高的AlN薄膜，但是碳化硅或蓝宝石晶圆片尺寸小、价格昂贵、只能单次使用且需采用两步法生长AlN薄膜的传统方式，造成了AlN薄膜的高价格。

发明内容

为克服现有技术的不足，降低AlN的制备成本，本发明目的在于提供一种利用在耐高温玻璃上直接生长的石墨烯作为缓冲层低成本大面积生长AlN薄膜的方法，所述方法可降低AlN薄膜的制备成本。

本发明所提供的低成本大面积生长AlN薄膜的方法，包括下述步骤：

1)在玻璃基底表面进行石墨烯薄膜的沉积，得到表面覆盖有石墨烯的玻璃；

2)在所述表面覆盖有石墨烯的玻璃的石墨烯表面直接进行高温AlN薄膜的沉积，得到高品质AlN薄膜。

上述方法步骤1)中，所述玻璃为耐高温玻璃，所述耐高温玻璃选自下述任意一种：石英玻璃、蓝宝石玻璃和耐高温硼硅玻璃等，优选蓝宝石玻璃。

在玻璃基底表面进行石墨烯薄膜沉积之前，还包括对作为基底的玻璃进行清洗干燥的步骤。具体操作如下：将所述玻璃基底依次用超纯水、异丙醇、丙酮各超声清洗5min，再用氮气吹干，其中超声的功率为70-90W。

所述石墨烯薄膜的沉积通过常压化学气相沉积(APCVD)实现。

所述APCVD中，沉积环境为常压环境；沉积温度为1000℃-1100℃，优选1000℃-1050℃，具体可为1020℃；沉积时间为60min-600min，优选180min；载气为由氩气和氢气组成的混合气，其中氩气与氢气的流量比为1-10:1，具体可为10：1，具体地，氩气的流量为100-1000sccm，优选500sccm，氢气的流量为50-500sccm，优选50sccm；碳源为甲烷或乙烯，优选甲烷，流量为10-50sccm，具体可为18sccm。

上述方法步骤2)中，所述高温AlN薄膜的沉积可通过下述至少一种方法来实现：金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延、氢化物气相外延和溅射法，具体可为金属有机化学气相沉积(MOCVD)。