CN101814427A - GaN基图形衬底模板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GaN基图形衬底模板的制备方法。该方法包括以下步骤：在衬底上生长一层用于氮化物外延生长的GaN基模板；用微球溶液在GaN基模板表面铺设微球，形成单分子层结构的微球层；在衬底上进行金属蒸镀，蒸镀的金属通过微球之间的空隙沉积到GaN基模板的表面；通过超声震动去除单分子层结构的微球层，得到图形化的金属层；利用该金属层作为掩膜，通过刻蚀方式将金属层上的图形转移到GaN基膜板上；去除金属层，得到GaN基材料图形衬底模板。该方法工艺简单，成本较低，图形凹坑大小及间距可控的微米级半导体衬底图形制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导材料生长领域，尤其涉及一种GaN基图形衬底模板的制备方法。
背景技术
以III-V族氮化镓(GaN)材料为代表的氮化物化合物半导体材料广泛应用于紫发光二极管、紫光激光器、紫外光探测器、以及高功率高频电子器件。由于缺乏合适的衬底材料，目前高质量的GaN基材料外延都是生长在蓝宝石、SiC以及Si等异质衬底上。但是，异质衬底和GaN基材料之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配。这将造成在利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)或分子束外延(MBE)等外延技术生长的GaN基材料外延层中，存在较大的应力和晶体缺陷密度，使得材料的晶体质量变差。特别是对在Si衬底上的生长的GaN基材料，随着外延层厚度的增加，其外延层表面会出现了裂纹，严重影响材料质量，降低器件性能。
为了缓解甚至解决晶格以及热失配带来的问题，从而生长出高质量的氮化物外延层，有研究组采用图形衬底作为氮化物外延二次生长的基体。采用图形衬底可以较好地缓解衬底和氮化物外延生长中产生的应力，降低了龟裂的密度。同时也能降低氮化物外延中的缺陷密度，提高外延材料的晶体质量。图形衬底的原理是通过外延在模板表面的横向过生长(ELO)来减少位错以及释放应力。相对于二维生长，该生长方式的优点是具有三维的应力释放机制，有利于获得低缺陷密度以及低应力的外延层。
目前，衬底的图形化大多是采用传统的光刻方法实现的，其图形尺寸会受到光刻设备和材料的精密程度的限制，图形尺寸一般在微米级之间。图形尺寸更小衬底的制备通常是采用电子束光刻或者X射线光刻技术，但是这些先进的光刻技术设备昂贵、工艺复杂，不仅成本较高，而且产率也较低。
因此提供一种工艺简单，成本较低，图形凹坑大小及间距可控的微米级半导体衬底图形制备方法是一个需要解决的技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种工艺简单，成本较低，图形凹坑大小及间距可控的微米级半导体衬底图形制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种GaN基图形衬底模板的制备方法的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：在衬底上生长一层用于氮化物外延生长的GaN基模板；
步骤2：用微球溶液在GaN基模板表面铺设微球，形成单分子层结构的微球层；
步骤3：在衬底上进行金属蒸镀，蒸镀的金属通过微球之间的空隙沉积到GaN基模板的表面；
步骤4：通过超声震动去除单分子层结构的微球层，得到图形化的金属层；
步骤5：利用该金属层作为掩膜，通过刻蚀方式将金属层上的图形转移到GaN基膜板上；
步骤6：去除金属层，得到GaN基材料图形衬底模板。
作为本发明的改进之一：在步骤2中，先准备微球溶液，所采用的微球为聚苯乙烯微球、或二氧化硅、或环氧丙脂微球。
作为本发明的改进之二：在步骤2中，所述微球溶液为聚苯乙烯微球与乙醇混合配制成混合溶液；并通过旋涂法或提拉法将微球铺设在GaN基模板表面。
作为本发明的改进之三：在步骤3中，所述的金属为金、镍、铬、锡，通过电子束蒸发、热蒸发或溅射方法进行金属蒸镀。
作为本发明的改进之四：在步骤6中，用王水去除金属层。
作为本发明的改进之五：在步骤5中，通过化学湿法腐蚀、ICP或RIE干法刻蚀方式将金属层上的图形转移到GaN基膜板上。
作为本发明的改进之六：在步骤1中，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、碳化硅/硅或砷化镓；所述GaN基模板的生长方法为金属有机化学气相沉积法、分子束外延法或氢化物气相外延法。
作为本发明的改进之七：在步骤1中，所述的GaN基膜板采用的材料为GaN、AlxGa1-xN、AlN、InN、InxGa1-xN或AlxInyGa1-x-yN。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用微球作为掩膜制作出网状凹坑图形的金属层，最后将金属层图形转移到GaN基膜板上。且制作过程中，可以通过选择微球的大小、控制溶液的配比、旋涂或提拉的速度来加以控制和改变GaN基膜板上凹坑图形的排布和大小。因此通过该方法形成的图形分布均匀，有序性较好，且图形凹坑大小及间距可控，有利于实现规模化和大面积制作。
此外，有利于外延二次生长时的横向过生长，因此降低了外延的位错密度，提高了外延层的厚度同时避免了龟裂的出现，提高了晶体质量。
此外，微球溶液的制备以及旋涂和提拉工艺简单，速度快，而且成本较低，适合规模化的生产。
总而言之，该本发明的制备方法工艺简单，成本较低，图形凹坑大小及间距可控的微米级半导体衬底图形制备方法。
附图说明
图1是实施方式步骤1的示意图；
图2是实施方式步骤2的示意图；
图3是实施方式步骤3的示意图；
图4是实施方式步骤4的示意图；
图5是实施方式步骤5的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1至5所示，本实施例以蓝宝石衬底上的亚微米级图形化形GaN衬底的制备方法为例进行说明。
本实施方式的GaN基图形衬底模板的制备方法包括以下步骤：
步骤1：利用MOCVD的方法在蓝宝石衬底1上生长厚度为2微米的GaN薄膜作为氮化物生长的GaN模板2，如图1。
步骤2：然后，将聚苯乙烯微球与乙醇混合配制成混合溶液，并将混合溶液旋涂在GaN模板2表面，聚苯乙烯微球就会聚集成单分子层结构，形成微球层3如图2。
步骤3：接着，利用电子束蒸发的方法在样品表面沉积10nm金属金。因为微球之间存在着空隙，所以金也通过空隙直接沉积到模板表面，如图3。
步骤4：接着将模板置于去离子水中，通过超声震动的方法将微球与模板表面分离并清洗干净，得到图形化的金属金薄层4。
步骤5：再接着，利用图形化的金属层作为掩膜，通过ICP干法刻蚀，将图形转移到GaN模板上。最后，将模板置于王水(盐酸∶硝酸＝3∶1)中，去除金属层，得到适合高质量氮化物外延生长的GaN基图形衬底模板。
Claims (8)
1.一种GaN基图形衬底模板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：在衬底上生长一层用于氮化物外延生长的GaN基模板；
步骤2：用微球溶液在GaN基模板表面铺设微球，形成单分子层结构的微球层；
步骤3：在衬底上进行金属蒸镀，蒸镀的金属通过微球之间的空隙沉积到GaN基模板的表面；
步骤4：通过超声震动去除单分子层结构的微球层，得到图形化的金属层；
步骤5：利用该金属层作为掩膜，通过刻蚀方式将金属层上的图形转移到GaN基模板上；
步骤6：去除金属层，得到GaN基材料图形衬底模板。
2.根据权利要求1所述的GaN基图形衬底模板的制备方法，其特征在于：在步骤2中，先准备微球溶液，所采用的微球为聚苯乙烯微球、或二氧化硅、或环氧丙脂微球。
3.根据权利要求2所述的GaN基图形衬底模板的制备方法，其特征在于：在步骤2中，所述微球溶液为聚苯乙烯微球与乙醇混合配制成混合溶液；并通过旋涂法或提拉法将微球铺设在GaN基模板表面。
4.根据权利要求3所述的GaN基图形衬底模板的制备方法，其特征在于：在步骤3中，所述的金属为金、镍、铬、锡，通过电子束蒸发、热蒸发或溅射方法进行金属蒸镀。
5.根据权利要求4所述的GaN基图形衬底模板的制备方法，其特征在于：在步骤6中，用王水去除金属层。
6.根据权利要求1至5任一所述的GaN基图形衬底模板的制备方法，其特征在于：在步骤5中，通过化学湿法腐蚀、ICP或RIE干法刻蚀方式将金属层上的图形转移到GaN基模板上。
7.根据权利要求6所述的GaN基图形衬底模板的制备方法，其特征在于：在步骤1中，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、碳化硅/硅或砷化镓；所述GaN基模板的生长方法为金属有机化学气相沉积法、分子束外延法或氢化物气相外延法。
8.根据权利要求7所述的GaN基图形衬底模板的制备方法，其特征在于：在步骤1中，所述的GaN基模板采用的材料为GaN、AlxGa1-xN、AlN、InN、InxGa1-xN或AlxInyGa1-x-yN。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100825 |