[发明专利]用于氮化物外延生长的纳米级图形衬底的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种用于氮化物外延生长的纳米级图形衬底的制作方法。

背景技术

以III-V族氮化镓(GaN)为代表的宽禁带氮化物化合物半导体，在紫外/蓝光/绿光发光二极管、激光器、太阳光盲紫外光电探测器，以及高频、高温大功率电子器件等诸多方面有着重要而广泛的应用。氮化物主要异质外延生长在蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌、砷化镓衬底上，或同质外延生长在自支撑氮化镓衬底上。

除自支撑氮化镓衬底外，其他衬底和氮化物间存在很大晶格常数失配和热膨胀系数差异。因此，利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)或分子束外延(MBE)等外延技术生长的氮化物外延层中，存在很大的应力和很多晶体缺陷如位错等，材料的晶体质量因此受到很大影响，进而劣化了器件性能。而采用图形化衬底技术可以缓解衬底和氮化物外延层异质外延生长中由于晶格失配引起的应力，使之得到有效的弛豫，避免裂纹的产生。同时，也能大大降低外延生长的氮化物材料中的位错密度，使晶体质量得到很大提高。

但是，目前制备的图形化衬底大多是采用传统的光刻法制备的。由于受设备精度等条件限制，传统光刻技术制成的图形尺度多在微米量级2-10μm之间。与通常的微米级图形衬底相比，纳米级图形化衬底技术可以更有效弛豫异质结界面生长过程的应力，进一步降低氮化物外延层中的位错密度，提高材料的晶体质量和相应的器件性能。

半导体纳米级的图形的实现则通常采用电子束光刻技术或X射线光刻技术，但这些光刻技术都涉及昂贵的设备、复杂的工艺过程以及较高的成本，并且不能大面积、规模化制作。因此，发展低成本，易于实现规模化和大面积制作的纳米级图形化衬底技术，可以更有效地应用于氮化物外延生长，是目前急需解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于氮化物外延生长的纳米级图形衬底的制作方法，以降低氮化物外延层中的位错密度，避免裂纹的产生，提高外延材料的晶体质量和均匀性，进而改善器件的性能，降低制作成本，有利于实现规模化和大面积制作。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于氮化物外延生长的纳米级图形衬底的制作方法，该方法包括以下步骤：

A、在用于氮化物外延生长的衬底上淀积一层二氧化硅或氮化硅膜；

B、在所述二氧化硅或氮化硅膜上蒸镀一层金属薄层；

C、退火热处理，在表面形成均匀分布的纳米尺度的金属颗粒；

D、利用形成的纳米尺度的金属颗粒作为掩膜，刻蚀所述二氧化硅或氮化硅膜，形成纳米图形结构；

E、以所述具有纳米图形结构的二氧化硅或氮化硅膜为掩膜刻蚀衬底，将纳米图形结构转移到衬底上；

F、腐蚀去掉所述二氧化硅或氮化硅膜，清洗衬底，得到纳米级图形衬底。

上述方案中，所述用于氮化物外延生长的衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、氧化锌或自支撑氮化镓。

上述方案中，步骤A中所述二氧化硅或氮化硅膜的厚度为50nm至5μm。

上述方案中，步骤B中所述金属薄层为镍Ni、钛Ti、铝Al或金Au，所述金属薄层的厚度为2nm至50nm。

上述方案中，步骤C中所述退火条件为：流动的N₂气氛，温度500至1100度，时间30秒至30分钟。

上述方案中，步骤D中所述刻蚀是采用反应离子RIE或感应耦合等离子ICP设备进行干法刻蚀，形成的所述纳米图形结构的尺度在10nm至1000nm之间。

上述方案中，步骤E中所述刻蚀衬底时采用反应离子RIE或感应耦合等离子ICP设备进行干法刻蚀。

上述方案中，步骤F中所述腐蚀是采用稀氢氟酸HF或热磷酸进行湿法腐蚀。

上述方案中，所述的氮化物外延生长时采用的生长方法为金属有机物化学气相淀积MOCVD、氢化物气相外延HVPE或分子束外延MBE中的任意一种，或任意两种或三种的组合，所述氮化物外延层为GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、InAlN或AlGaInN中的任意一种，或由任意多种组合而成的层结构材料。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：