[发明专利]III族氮化物衬底制备方法和半导体器件

说明书

一种III族氮化物衬底制备方法和半导体器件，其中III族氮化物衬底制备方法包括：在衬底表面形成多孔SiO₂层，将多孔金属掩膜层覆盖于所述多孔SiO₂层，其中所述多孔金属掩膜层的多孔与所述多孔SiO₂层的多孔一一对应且孔径一致；在所述多孔金属掩膜层上表面和所述一一对应的多孔中同步生长III族氮化物层；去除所述多孔金属掩膜层上表面的III族氮化物层和多孔金属掩膜层形成周期性排列的III族氮化物纳米柱。本发明在衬底表面生长SiO₂层，利用衬底与SiO₂的折射率差异，增加深紫外LED的出光效率；同时形成SiO₂和金属双层掩膜层带有相同结构的周期性排列通孔，通过在通孔中生长III族氮化物，较为容易地实现了周期性排列且避免了直接刻蚀方法导致的暗裂和杂质污染。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体为一种III族氮化物衬底制备方法和半导体器件。

背景技术

深紫外LED作为典型的第三代宽禁带半导体产物，其具有体积小、寿命长、无毒等优点，能够有效地杀灭细菌，对炭疽孢子，大肠杆菌，流感，疟疾等病毒具有高速高效灭杀的功能，被广泛用于表面、空气、水杀菌等。而AlGaN作为深紫外LED的核心材料，其禁带宽度随着Al组分由0到1变化在3.4eV到6.2eV之间连续可调，相应波段覆盖了200--365nm，涵盖了大部分紫外波段，是制备紫外发光与探测器件的理想材料。

现有技术中，对于深紫外LED的生产通常是在蓝宝石衬底上生长出AlN单晶来实现，一般采用直接的干法刻蚀或湿法刻蚀的纳米压印技术制作图形化纳米柱，但直接刻蚀方法又带来如下问题：

1. 容易引起AlN层出现暗裂，导致材料缺陷，对后续外延层及器件的质量及性能带来不利影响；

2. 容易导致Cl、Br等杂质离子的残留，造成污染；

3. 直接刻蚀的方法导致AlN纳米柱排列周期性差，大小不均。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种III族氮化物衬底，该III族氮化物衬底质量高、出光率高，其包括：包括衬底、在所述衬底上形成的多孔SiO₂层、在所述多孔SiO₂层的多孔中形成的III族氮化物纳米柱；其中，所述SiO₂层的多孔为通孔且周期性排列，所述III族氮化物纳米柱高于所述SiO₂层的上表面。

优选的，所述多孔SiO₂层折射率与所述衬底的折射率不同。在利用衬底与SiO₂的折射率差异，增加深紫外LED的出光效率。折射率差异较小时，光折射率提高，进而提高光线向基底的透射率，有利于制备倒装结构的器件；而当折射率差异较大时，使得由外延层入射至异质微结构处的光线反射率提高，从而可以改善外延层和基底界面处的光反射，使得更多的光线由基底朝向外延层的方向向外出射，有利于制备正装结构的器件。因此，通过调整折射率差，可以提高光线的出光效率，从而提升了亮度。

优选的，所述III族氮化物纳米柱截面形状和大小与所述SiO₂层的多孔形状和大小一致。

优选的，所述衬底包含：氧化锌、玻璃、蓝宝石、碳化硅中的任意一种。

优选的，所述III族氮化物纳米柱包含GaN纳米柱、AlN纳米柱、AlGaN纳米柱中的任意一种。

优选的，所述多孔SiO₂层的厚度为5nm~100nm，且孔的直径为50nm~1000nm，深度为5nm~100nm，孔间距为100~1000nm。

基于同样的发明构思，本发明另提供一种III族氮化物衬底制备方法，包括如下步骤：