[发明专利]一种基于非晶衬底的氮化物薄膜结构及其制备方法

说明书

一种非晶衬底的氮化物薄膜结构及其制备方法，该氮化物薄膜结构包括：一非晶衬底；一石墨烯缓冲层；一纳米结构支撑层；一氮化物薄膜。该非晶衬底的氮化物薄膜结构的制备方法包括：提供一非晶衬底；将石墨烯转移到非晶衬底上；利用化学气相沉积技术在石墨烯上进行氮化物纳米结构生长，通过改变压强、温度、反应物浓度等参数获得分布均匀、取向一致的纳米结构材料；在氮化物纳米结构的基础上进行薄膜生长，通过改变压强、温度、反应物浓度等参数使得反应物横向合并生长，形成连续的氮化物薄膜；进行器件结构设计及工艺制备。本发明提出的非晶衬底的氮化物结构及其制备方法，能够在非晶衬底上制备出氮化物光电子器件，降低生产成本，拓展其应用范围。

技术领域

本申请涉及照明、激光器、功率器件、微波器件等技术领域，特别涉及一种基于非晶衬底的氮化物薄膜结构及其制备方法。

背景技术

目前应用于氮化物材料生长的主要有蓝宝石、SiC、Si等衬底。虽然采用低温成核层可以降低位错密度，但是外延得到的晶体质量还有待加强。并且，这些衬底的尺寸受到限制，较大尺寸价格十分昂贵。因此，为了降低生产成本，提高性价比，利用廉价、大尺寸衬底具有重要意义。非晶玻璃价格低廉，尺寸不受限制，是氮化物薄膜外延的潜在衬底材料。而且实现非晶玻璃上氮化物的外延，也会推动晶体生长技术的进步。但是作为非晶衬底，在其上外延单晶材料有很大的难度。因此，寻找到新型的缓冲层用于氮化物外延是一个亟待解决的问题。

石墨烯是一种二维层状材料，层与层之间通过范德华力连接，很容易分开；且面内分子之间碳原子通过sp²杂化组成六边形结构，性能稳定，与纤锌矿氮化物的(0001)面相似；表面悬挂键的缺失也能避免衬底晶格失配带来的不利影响。但是由于成核点的缺失，在石墨烯表面很难直接生长出连续的薄膜。本发明通过控制生长条件，先在石墨烯缓冲层表面生长一层取向一致的氮化物纳米结构材料，然后在纳米结构的基础上进行横向合并，形成连续的氮化物薄膜。本发明所采用的方法均在金属有机物化学气相沉积设备中进行，与原有生长工艺兼容，成本降低，有利于实现大尺寸光电子器件制备。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种基于非晶衬底的氮化物薄膜结构及其制备方法，以实现在非晶衬底上制备出氮化物光电子器件，降低生产成本，拓展其应用范围。

(二)技术方案

本发明提供了一种基于非晶衬底的氮化物薄膜结构，其包括：

一非晶衬底；

一石墨烯缓冲层，形成在所述非晶衬底上；

一纳米结构支撑层，形成在所述石墨烯缓冲层上；以及

一氮化物薄膜，形成在所述纳米结构支撑层上。

其中，所述非晶衬底为石英衬底、玻璃衬底或SiO₂衬底，厚度为0.5mm-1.0mm；所述石墨烯缓冲层是一层或多层，厚度为0.4nm-3.0nm；所述纳米结构支撑层是纳米线、纳米柱、纳米锥或纳米微盘结构，其厚度为100nm-500nm；所述氮化物薄膜厚度为1μm-5μm。

本发明还提供了一种制备所述基于非晶衬底的氮化物薄膜结构的方法，具体包括：

提供一非晶衬底；

将一石墨烯缓冲层转移到所述非晶衬底上；

在所述石墨烯缓冲层上形成一氮化物纳米结构支撑层；以及

在所述氮化物纳米结构支撑层上形成一氮化物薄膜。

其中，所述将石墨烯缓冲层转移到所述非晶衬底上的步骤中，首先把生长在金属上的石墨烯固定于基板上，腐蚀掉金属后使用所述非晶衬底捞取漂浮的所述石墨烯，自然晾干后完成所述石墨烯缓冲层到所述非晶衬底的转移；