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。
技术实现要素：
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；
（3）将步骤（2）得到的悬浊溶液加入砂磨机系统中，使悬浊溶液在砂磨机的多组涡轮式分散器研磨腔中循环研磨，直至镓离子插入氮化硼中，经过还原气氛处理，得到镓原子插层的氮化硼；
（4）将所述镓原子插层的氮化硼通入氨气，在400-600℃，镓离子与氨气反应，形成外延的氮化镓。
优选的，所述的氮化硼原料为平均粒径为小于1毫米的六方氮化硼；
所述的镓盐为氯化镓、硫酸镓、硫酸氢镓、碳酸镓、碳酸氢镓、磷酸镓中的至少一种；
所述的插层剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
优选的，在步骤（3）中所述氮化硼液经过砂磨系统后，获得的悬浊溶液中的氮化硼的粒径小于0.1毫米，结构为二维层状。
优选的，步骤（2）所述的溶剂为去离子水、四氢呋喃、氯仿、乙醇、丙酮中的至少一种或几种。
优选的，步骤（2）中所述的搅拌，搅拌转速为100-600转/分钟，搅拌时间为30-120min。
优选的，步骤（3）所述砂磨机选用卧式砂磨机。
优选的，步骤（3）中，悬浊溶液温度设置为40-75℃，所述循环研磨的转速为120-500rpm，研磨时间为12-36h。
优选的，所述的还原性气氛为h2、ch4或c2h2。
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，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，避免了通过螺杆挤出机等方法处理提供的机械力对氮化硼的层状结构，通过在溶剂中进行分散，提供柔和的方式进行分散、插层，进而为氮化镓晶体生长提供晶体结构匹配的生长环境，本方案不需要复杂特殊的设备，适合工业化规模生产。
本发明一种规模化制备led用半导体材料氮化镓薄膜的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、本发明提供的一种规模化制备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，适合工业化规模生产。
2、采用本发明的方法制备的氮化镓晶体形貌较好、晶型规则、不易断裂、无裂纹，有较好的应用前景。
3、本发明操作简单，不需要复杂特殊的仪器设备，成本低廉，且生长温度低，适合于批量生产。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将8重量份平均粒径为小于1毫米的六方氮化硼、5重量份氯化镓和5重量份十二烷基硫酸钠在高速混合机中以1500rpm的转速混合分散10min，得到预混物；
（2）将步骤（1）得到的预混物加入75重量份去离子水充分搅拌，搅拌处理的搅拌转速为100转/分钟，搅拌时间为120min，至氮化硼原料在去离子水中分散均匀，得到氮化硼分散悬浊液；
（3）将步骤（2）得到的悬浊溶液加入卧式砂磨机系统中，设置悬浊溶液温度为40℃，经过砂磨机的多组涡轮式分散器研磨腔中循环研磨，设置研磨的转速为500rpm，研磨时间为12h，六方氮化硼液经过砂磨系统后，获得二维层状的悬浊溶液，悬浊溶液中的六方氮化硼的粒径小于0.1毫米，并且通过研磨系统研磨，镓离子插入氮化硼中，经过h2还原气氛处理，得到镓原子插层的氮化硼；
（4）将镓原子插层的氮化硼通入氨气，温度设置为400℃条件下，镓原子与氨气反应，形成外延的氮化镓。
将实施例1得到的氮化镓用蓝光led，发光峰值波长为430nm,光谱半宽为58nm，光谱质量较好，满足led使用要求。其显著的优势是该方法制备氮化镓工艺简短易控，适合于规模化生产。
实施例2
（1）将20重量份平均粒径为小于1毫米的六方氮化硼、1.5重量份硫酸氢镓和3重量份十二烷基硫酸钠在高速混合机中以1200rpm的转速混合分散25min，得到预混物；
（2）将步骤（1）得到的预混物加入77重量份氯仿充分搅拌，搅拌处理的搅拌转速为500转/分钟，搅拌时间为100min，至氮化硼原料在氯仿中分散均匀，得到氮化硼分散悬浊液；
（3）将步骤（2）得到的悬浊溶液加入卧式砂磨机系统中，设置悬浊溶液温度为75℃，经过砂磨机的多组涡轮式分散器研磨腔中循环研磨，设置研磨的转速为350rpm，研磨时间为36h，六方氮化硼液经过砂磨系统后，获得二维层状的悬浊溶液，悬浊溶液中的六方氮化硼的粒径小于0.1毫米，并且通过研磨系统研磨，镓离子插入氮化硼中，经过ch4还原气氛处理，得到镓原子插层的氮化硼；
（4）将镓原子插层的氮化硼通入氨气，温度设置为400℃条件下，镓原子与氨气反应，形成外延的氮化镓。
实施例3
（1）将15重量份平均粒径为小于1毫米的六方氮化硼、2.5重量份磷酸镓和2.5重量份十二烷基硫酸钠在高速混合机中以1000rpm的转速混合分散20min，得到预混物；
（2）将步骤（1）得到的预混物加入85重量份乙醇充分搅拌，搅拌处理的搅拌转速为400转/分钟，搅拌时间为30min，至氮化硼原料在乙醇中分散均匀，得到氮化硼分散悬浊液；
（3）将步骤（2）得到的悬浊溶液加入卧式砂磨机系统中，设置悬浊溶液温度为60℃，经过砂磨机的多组涡轮式分散器研磨腔中循环研磨，设置研磨的转速为350rpm，研磨时间为24h，六方氮化硼液经过砂磨系统后，获得二维层状的悬浊溶液，悬浊溶液中的六方氮化硼的粒径小于0.1毫米，并且通过研磨系统研磨，镓离子插入氮化硼中，经过ch4还原气氛处理，得到镓原子插层的氮化硼；
（4）将镓原子插层的氮化硼通入氨气，温度设置为450℃条件下，镓原子与氨气反应，形成外延的氮化镓。
实施例4
（1）将15重量份平均粒径为小于1毫米的六方氮化硼、3.5重量份氯化镓和0.5重量份聚乙烯吡咯烷酮在高速混合机中以700rpm的转速混合分散20min，得到预混物；
（2）将步骤（1）得到的预混物加入70重量份丙酮充分搅拌，搅拌处理的搅拌转速为300转/分钟，搅拌时间为90min，至氮化硼原料在丙酮中分散均匀，得到氮化硼分散悬浊液；
（3）将步骤（2）得到的悬浊溶液加入卧式砂磨机系统中，设置悬浊溶液温度为70℃，经过砂磨机的多组涡轮式分散器研磨腔中循环研磨，设置研磨的转速为350rpm，研磨时间为24h，六方氮化硼液经过砂磨系统后，获得二维层状的悬浊溶液，悬浊溶液中的六方氮化硼的粒径小于0.1毫米，并且通过研磨系统研磨，镓离子插入氮化硼中，经过ch4还原气氛处理，得到镓原子插层的氮化硼；
（4）将镓原子插层的氮化硼通入氨气，温度设置为500℃条件下，镓原子与氨气反应，形成外延的氮化镓。
实施例5
（1）将10重量份平均粒径为小于1毫米的六方氮化硼、1.5重量份碳酸镓、碳酸氢镓混合物和5重量份十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠混合物在高速混合机中以500rpm的转速混合分散10min，得到预混物；
（2）将步骤（1）得到的预混物加入75重量份四氢呋喃充分搅拌，搅拌处理的搅拌转速为200转/分钟，搅拌时间为60min，至氮化硼原料在四氢呋喃中分散均匀，得到氮化硼分散悬浊液；
（3）将步骤（2）得到的悬浊溶液加入卧式砂磨机系统中，设置悬浊溶液温度为75℃，经过砂磨机的多组涡轮式分散器研磨腔中循环研磨，设置研磨的转速为120rpm，研磨时间为24h，六方氮化硼液经过砂磨系统后，获得二维层状的悬浊溶液，悬浊溶液中的六方氮化硼的粒径小于0.1毫米，并且通过研磨系统研磨，镓离子插入氮化硼中，经过h2还原气氛处理，得到镓原子插层的氮化硼；
（4）将镓原子插层的氮化硼通入氨气，温度设置为450℃条件下，镓原子与氨气反应，形成外延的氮化镓。