[发明专利]一种纳米图形化衬底及其制作方法

说明书

本专利公开了一种纳米图形化衬底的制作方法，所述方法包括：步骤一、在衬底上施加具有多个孔洞的模板，所述孔洞的直径范围为100nm‑800nm；步骤二、透过所述模板的孔洞向所述衬底与所述孔洞对应的表面施加氮化铝层；步骤三、将施加有氮化铝层的衬底进行退火。本专利还公开了使用上述方法制作的纳米图形化衬底。通过上述方案使得衬底具有纳米图形化衬底以及磁控溅射形成氮化铝衬底的优点。同时无需复杂的步骤制作图形化衬底也无需在衬底上另外形成缓冲层而直接在衬底上生长高质量的半导体外延材料。因此简化了生产工艺并提高了衬底的质量。

技术领域

本专利属于半导体外延衬底制作领域，涉及一种纳米图形化衬底及其制作方法，尤其是用于生长单层氮化铝或深紫外LED外延结构的衬底，涉及一种图形化衬底的结构及制作方法。

背景技术

在纳米图形化衬底上生长氮化铝或铝镓氮，可以通过侧向外延的生长方式，有效降低氮化铝或铝镓氮的穿透位错密度(TDDs)，提高以此材料为基础生长的 LED结构中电子和空穴的辐射复合效率，改善LED的可靠性和寿命。另外，纳米图形化衬底能改变LED器件内部光的传播方向，提高LED的光提取效率。

但是，在蓝宝石纳米图形化衬底上直接生长氮化铝时，需要的合并厚度比较厚，约为1.5～3um。因为，蓝宝石材质的衬底表面直接生长氮化铝为异质外延，由于蓝宝石和氮化铝之间存在较大的热失配和晶格失配，使得蓝宝石材质的衬底后期在MOCVD设备中生长氮化铝单层或LED结构时需要增加复杂的过度层工艺。并且，这种技术方案下生长的氮化铝或铝镓氮的穿透位错密度(TDDs)高，降低了以此材料为基础生长的LED结构的内量子效率(IQE)。

在现有技术中，纳米图形化衬底的主要制备工艺为：在蓝宝石表面采用纳米压印的技术来制备，首先需要在蓝宝石表面通过PECVD沉积一定厚度的二氧化硅，然后用旋转涂胶的方法涂上一层压印胶。将纳米压印模板放到衬底的涂胶面上，并给予一定的压力，将压印模板上的图形转移到压印胶上。在使用紫外光将压印胶固化后，先使用ICP刻蚀工艺以压印胶为掩膜刻蚀二氧化硅，将图像转移到二氧化硅上，再以二氧化硅为掩膜刻蚀蓝宝石，将图形转移到蓝宝石上，从而制得纳米图形化蓝宝石衬底。此工艺制得的图形化衬底的衬底和图形均为蓝宝石材质，且此制备工艺较为复杂，质量不易控制。

溅射氮化铝为多晶且穿透位错密度(TDDs)高，在其表面用MOCVD工艺直接生长的氮化铝晶体质量较差、且内应力大，容易产生裂纹。

对溅射氮化铝进行高温退火可以显著改善溅射氮化铝的双晶质量，在经过退火后的溅射氮化铝表面通过MOCVD工艺生长200～400nm左右的氮化铝就可以制备出高质量的氮化铝，作为深紫外LED的外延基底材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纳米图形化衬底及其制作方法，以提高制作纳米图形化衬底的效率且能够提高在该衬底上生长的半导体材料的质量。

为了解决上述技术问题，本专利提供的技术方案包括：

根据本专利的一个方面，提供一种纳米图形化衬底的制作方法，所述方法包括：步骤一、在衬底上施加具有多个孔洞的模板，所述孔洞的直径范围为 100nm～800nm；步骤二、透过所述模板的孔洞向所述衬底与所述孔洞对应的表面施加氮化铝层；步骤三、将施加有氮化铝层的衬底进行退火。

优选地，在所述步骤二中，通过磁控溅射施加所述氮化铝层。

优选地，所述磁控溅射的环境包括：工作功率为1000～4000W，氮气流量为 80～200sccm，氧气流量为0.1～2sccm，氩气流量为0.1～40sccm，温度为400～750℃。

优选地，所述氮化铝层的厚度为10～200nm。

优选地，所述步骤三中退火的环境包括：温度为500～1000℃，退火时间为 0.2～3h，退火气氛为氮气，氮气流量为200～10000sccm。