[发明专利]用于生长外延结构的掩模及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生长外延结构的掩模及其使用方法。

背景技术

外延结构，尤其异质外延结构为制作半导体器件的主要材料之一。例如，近年来，制备发光二极管(LED)的氮化镓外延片成为研究的热点。

所述氮化镓外延片是指在一定条件下，将氮化镓材料分子，有规则排列，定向生长在蓝宝石基底上。然而，高质量氮化镓外延片的制备一直是研究的难点。由于氮化镓和蓝宝石基底的晶格常数以及热膨胀系数的不同，从而导致氮化镓外延层存在较多位错缺陷。而且，氮化镓外延层和蓝宝石基底之间存在较大应力，应力越大会导致氮化镓外延层破裂。这种异质外延结构普遍存在晶格失配现象，且易形成位错等缺陷。

现有技术提供一种改善上述不足的方法，其采用非平整的蓝宝石基底外延生长氮化镓。然而，现有技术通常采用光刻等微电子工艺在蓝宝石基底表面形成沟槽从而构成非平整外延生长面。该方法不但工艺复杂，成本较高，而且会对蓝宝石基底外延生长面造成污染，从而影响外延结构的质量。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种用于生长外延结构的掩模及其使用方法，且采用该掩模可以使得外延结构的制备方法工艺简单，成本低廉，且不会对基底的外延生长面造成污染。

一种用于生长外延结构的掩模，该掩模包括：一碳纳米管层，且该碳纳米管层具有多个开口，使得基底的外延生长面通过该多个开口部分暴露，通过该掩模使外延层从所述基底的外延生长面通过该开口暴露的部分生长。

一种用于生长外延结构的掩模，该掩模包括：一碳纳米管层，该碳纳米管层包括多个定向排列且沿着平行于碳纳米管层表面的方向延伸的碳纳米管，且该多个碳纳米管之间具有多个开口，使得基底的外延生长面通过该多个开口部分暴露，通过该掩模使外延层从所述基底的外延生长面通过该开口暴露的部分生长。

一种用于生长外延结构的掩模，该掩模包括：一图形化的碳纳米管层，该图形化的碳纳米管层具有多个开口，使得基底的外延生长面通过该多个开口部分暴露，通过该掩模使外延层从所述基底的外延生长面通过该开口暴露的部分生长。

一种上述掩模的使用方法，其包括以下步骤：提供一基底，该基底具有一支持外延层生长的外延生长面；在所述基底的外延生长面设置一掩模，该掩模包括：一碳纳米管层，且该碳纳米管层具有多个开口，使得基底的外延生长面通过该多个开口部分暴露；以及在所述基底的外延生长面生长外延层。

与现有技术相比，本发明采用一图形化的碳纳米管层作为掩模设置于所述基底外延生长面生长外延层，所述掩模可直接铺设在基底的外延生长面，工艺简单，成本低廉。该掩模包括多个开口从而使得基底的外延生长面通过该多个开口部分暴露。所述衬底用来生长外延层时，所述外延层可仅从暴露的外延生长面生长之后侧向外延生长连为一体，从而使得生长的外延层与基底之间的接触面积减小，从而减小了生长过程中外延层与衬底之间的应力。同时，掩模可有效抑制位错缺陷向外延表面延伸，从而减少了异质外延层的缺陷，可以直接用于生长高质量的外延层。

附图说明

图1为本发明实施例提供的异质外延结构的制备方法的工艺流程图。

图2为本发明实施例中采用的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图3为图2中的碳纳米管膜中的碳纳米管片段的结构示意图。

图4为本发明实施例中采用的多层交叉设置的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图5为本发明实施例中采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图6为本发明实施例中采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图7为本发明实施例中异质外延层生长过程示意图。

图8为本发明第一实施例制备的异质外延结构截面的扫描电镜照片。

图9为本发明第一实施例制备的异质外延结构界面处的透射电镜照片。

图10为本发明第一实施例提供的异质外延结构的立体结构示意图。

图11为图10所示的异质外延结构沿线XI-XI的剖面示意图。

图12为本发明第二实施例提供的异质外延结构的立体结构示意图。

图13为本发明第三实施例提供的异质外延结构的立体结构示意图。

主要元件符号说明

异质外延结构        10，20，30

基底                100，200，300

外延生长面          101

碳纳米管层          102，202，302