[发明专利]基于硅衬底氮化物的悬空纳米光子器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于硅衬底氮化物悬空纳米光子器件及其制作方法，属于信息材料与器件技术领域。

背景技术

近年来，通过引入AlN/AlGaN或其它独有的缓冲层来弥补晶格失配以及热膨胀不一致引起的残余应力，基于硅衬底的高质量氮化物材料日益成熟，已经逐步走向市场。同时，氮化物材料加工技术的不断突破，这一材料体系可以和目前成熟的硅加工工艺结合起来。在硅衬底材料上制备GaN LED器件，外延生长和LED器件加工成本大幅度降低。同时，基于硅衬底的氮化物材料，利用成熟的硅刻蚀加工技术，进行硅衬底剥离，可以制备出悬空的氮化物薄膜光子器件，从而消除硅衬底对氮化物激发光的光吸收，提高器件的发光效率，开发出可以大规模、低成本制备新颖的氮化物光电器件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够消除硅衬底光吸收，降低厚膜氮化物材料的内部光损耗，改善器件表面高折射率差异造成的发光抑制，并进一步提高发光效率的基于硅衬底氮化物悬空纳米光子器件及其制作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于硅衬底氮化物的悬空纳米光子器件，实现载体为硅衬底III族氮化物晶片，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，其中：

所述硅衬底层具有一个贯穿至所述顶层氮化物器件层下表面的长方体空腔；

所述顶层氮化物器件层具有周期性氮化物纳米结构。

作为本发明的一种优化结构：所述顶层氮化物器件层位于所述空腔上部的悬空部分的下表面具有一层金属反射膜。

作为本发明的一种优化方法：所述金属反射膜的材质为银（Ag）。

本发明还设计了一种基于硅衬底氮化物悬空纳米光子器件的制备方法，选择硅衬底III族氮化物晶片为实现载体，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，包括如下步骤：

步骤（1）：在所述III族硅衬底氮化物晶片的顶层氮化物器件层的上表面和硅衬底层的下表面各旋涂一层光刻胶；

步骤（2）：采用深硅刻蚀技术将所述硅衬底层贯穿刻蚀至所述顶层氮化物器件层的下表面，形成一个长方体的空腔；

步骤（3）：采用氧气等离子灰化的方法去除残余的光刻胶；

步骤（4）：采用氮化物刻蚀技术，对位于所述空腔上部的顶层氮化物器件层的悬空部分进行背后减薄；

步骤（5）：采用自组装技术在所述顶层氮化物器件层的上表面形成刻蚀掩膜层；

步骤（6）：采用氮化物刻蚀技术在所述顶层氮化物器件层上定义周期性氮化物纳米结构；

步骤（7）：采用BHF或Vapor HF工艺去除顶层氮化物器件层上表面的刻蚀掩膜层残余颗粒。

作为本发明的一种优化方法：还包括如下处理：

步骤（8）：在所述顶层氮化物器件层位于所述空腔上部的悬空部分的下表面沉积一层金属反射膜。

作为本发明的一种优化方法：所述步骤（4）中的刻蚀掩膜层为单层二氧化硅薄膜。

作为本发明的一种优化方法：所述金属反射膜的材质为银（Ag）。

本发明还设计了一种基于硅衬底氮化物悬空纳米光子器件的制备方法，选择硅衬底III族氮化物晶片为实现载体，包括硅衬底层，以及设置在硅衬底层上的顶层氮化物器件层，包括如下步骤：

步骤（1）：采用自组装技术在所述顶层氮化物器件层的上表面形成刻蚀掩膜层；

步骤（2）：采用氮化物刻蚀技术在所述顶层氮化物器件层上定义周期性氮化物纳米结构；

步骤（3）：采用BHF或Vapor HF工艺去除顶层氮化物器件层上表面的刻蚀掩膜层残余颗粒；

步骤（4）：在所述III族硅衬底氮化物晶片的顶层氮化物器件层的上表面和硅衬底层的下表面各旋涂一层光刻胶；

步骤（5）：采用深硅刻蚀技术将所述硅衬底层贯穿刻蚀至所述顶层氮化物器件层的下表面，形成一个长方体的空腔；

步骤（6）：采用氧气等离子灰化的方法去除残余的光刻胶；

步骤（7）：采用氮化物刻蚀技术，对位于所述空腔上部的顶层氮化物器件层的悬空部分进行背后减薄。

作为本发明的一种优化方法：包括如下处理：

步骤（8）：在所述顶层氮化物器件层位于所述空腔上部的悬空部分的下表面沉积一层金属反射膜。

作为本发明的一种优化方法：所述步骤（1）中的刻蚀掩膜层为单层二氧化硅薄膜。

作为本发明的一种优化方法：所述金属反射膜的材质为银（Ag）。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：