CN102610716A

CN102610716A - 大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法

Info

Publication number: CN102610716A
Application number: CN2012100936031A
Authority: CN
Inventors: 孙波; 赵丽霞; 伊晓燕; 刘志强; 魏学成; 王国宏
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-03-31
Filing date: 2012-03-31
Publication date: 2012-07-25

Abstract

一种大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，包括以下步骤：步骤1：取一衬底；步骤2：在衬底上外延生长GaN缓冲层和n-GaN层；步骤3：在n-GaN层上生长中间层；步骤4：在中间层上生长纳米图形层；步骤5：采用等离子体刻蚀的方法，刻蚀中间层，刻蚀深度到达n-GaN层的表面；步骤6：采用等离子体刻蚀的方法，刻蚀n-GaN层，刻蚀深度小于n-GaN层的厚度，完成图形衬底的制备。其可实现低成本，可工业化生产纳米图形衬底，进而提高氮化镓材料的材料质量。

Description

大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，特别是指用来一种大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法

背景技术

氮化镓材料是第三代半导体材料，禁带宽度为3.4ev，由于它的性质稳定，又是波长位于蓝紫光的直接带隙发光材料，因此是制造蓝紫光发光二极管(LED)，高迁移率晶体管的材料，国家半导体照明把氮化镓材料列为中心。目前氮化镓发光二极管材料生长采用的是异质外延结构，即氮化镓薄膜材料生长在异质衬底上，例如硅、蓝宝石等。但是这种异质外延的方式由于衬底材料和氮化镓材料的晶格不匹配，而导致大量的缺陷存在，从而降低氮化镓材料的材料质量。虽然采用诸如图形化的蓝宝石来解决材料质量问题，但是这没有从根本上解决晶格失配的问题。本发明采用的是大面积制作氮化镓纳米图形衬底来解决晶格的匹配问题，从而降低材料应力，提高材料质量。氮化镓纳米图形衬底由于同外延的氮化镓材料是同质，不但晶格是相互匹配的，同时纳米图形之间的缝隙是释放应力的强有力的通道。目前制作氮化镓纳米图形有相关的一些方法，这些方法不是存在着图形的制作工艺复杂，成本昂贵，就是不能大面积制作氮化镓纳米图形。本发明制作氮化镓纳米图形不但工艺简单，成本便宜，而且尺寸可调节，能大面制作，可以实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于，一种大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，其可实现低成本，大面积，可工业化生产纳米图形衬底，进而提高氮化镓材料的材料质量。

本发明提供一种大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上外延生长GaN缓冲层和n-GaN层；

步骤3：在n-GaN层上生长中间层；

步骤4：在中间层上生长纳米图形层；

步骤5：采用等离子体刻蚀的方法，刻蚀中间层，刻蚀深度到达n-GaN层的表面；

步骤6：采用等离子体刻蚀的方法，刻蚀n-GaN层，刻蚀深度小于n-GaN层的厚度，完成图形衬底的制备。

其中衬底的材料为硅、蓝宝石或氮化镓，衬底的表面是平面或微图形PSS，或者纳米图形。

其中中间层是采用等离子增强气相沉积的方法生长的，该中间层的材料为SiO₂或者Si₃N₄。

其中纳米图形层是采用电子束蒸镀倾斜生长的，纳米图形层的材料为Ni、Cr、Ag或Au，或及其组合物。

其中衬底上的纳米氮化镓图形的横向尺寸为10-300nm。

其中衬底上的纳米氮化镓图形的形状为矩形、圆形、菱形或多边形。

其中衬底上的纳米氮化镓图形的排列是周期排列或自组装排列。

本发明的有益效果是：

本发明的一种大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，其可实现低成本，大面积，可工业化生产纳米图形衬底，进而提高氮化镓材料的材料质量。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1-5是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

请参阅图1-5所示，本发明提供一种大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底10(参阅图1)，其中衬底10的材料为硅、蓝宝石或氮化镓，衬底10的表面是平面或微图形PSS，或者纳米图形。

步骤2：在衬底10上外延生长GaN缓冲层11和n-GaN层12(参阅图1)，其中GaN缓冲层11为1-3um，n-GaN层12的厚度为2-4um。GaN缓冲层11生长采用低温生长的方式，保证在GaN和沉底材料的较好的应力缓冲和释放。同时实现的生长n-GaN层12质量较好。这是实现大面积制作纳米氮化镓图形衬底制作的重要的工艺步骤。

步骤3：在n-GaN层12上生长中间层13(参阅图2)，其中中间层13是采用等离子增强气相沉积的方法生长的，该中间层13的材料为SiO₂或者Si₃N₄。SiO₂或者Si₃N₄是一种抗刻蚀能力较强的掩膜，通过图形化的转移技术，它能实现形貌完整的图形转移。SiO₂或者Si₃N₄图形化的掩膜是实现大面积制作纳米氮化镓图形衬底制作的关键工艺。

步骤4：在中间层13上生长纳米图形层14(参阅图3)，其中纳米图形层14是通过电子束蒸镀(EB)倾斜生长完成，金属包括Ni，Cr，Ag，Au及其组合物。本发明的技术能够实现尺寸可从20-200nm的纳米图形的制作，可以很好地解决由于外延沉底和外延材料之间的较大的晶格失配而引起的应力。由于小尺寸纳米图形效应，它能更好释放应力同微米图形衬底相比，改善材料质量。同时由于纳米图形所形成的空气棱镜能够实现较大的光提取，能增强发光二级管的提取效率。

步骤5：采用等离子体刻蚀的方法来刻蚀中间层13(参阅图4)，中间层的刻蚀采用CF₄气体，刻蚀的时间，气体流量以及功率是影响纳米氮化镓图形质量的主要因数。选择适当的条件是实现大面积制作纳米氮化镓图形衬底制作的关键所在。

步骤6：采用等离子体刻蚀的方法来刻蚀n-GaN层12(参阅图5)，制作氮化镓纳米图形衬底，刻蚀气体采用Cl₂/BCl₃/Ar₂气体。刻蚀的时间，气体流量以及功率是影响纳米氮化镓图形质量的主要因数。选择适当的条件是实现大面积制作纳米氮化镓图形衬底制作的关键所在。

实施例

请参阅图1-5所示，本发明提供本发明提供一种大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底10，衬底是蓝宝石衬底，其厚度是400um。

步骤2：在衬底10上外延生长GaN缓冲层11和n-GaN层12，GaN缓冲层11和n-GaN层12的厚度分别为2um、3um。

步骤3：在n-GaN层12上生长中间层13，中间层13为SiO₂，中间层13的厚度为200nm。

步骤4：在中间层13上生长纳米图形层14，纳米图形层14通过EB倾斜生长技术来得到，倾斜角度为70度。

步骤5：采用等离子体刻蚀的方法来刻蚀中间层13，刻蚀气体为CF₄，流量为50sccm，刻蚀气体为O₂，流量为20sccm，刻蚀时间为50s。

步骤6：采用等离子体刻蚀的方法来刻蚀n-GaN 12，制作氮化镓纳米图形，刻蚀气体Cl₂，流量为30sccm，刻蚀气体为BCl₃，流量为20sccm，刻蚀气体为Ar₂，流量为10sccm，刻蚀时间为100S。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上外延生长GaN缓冲层和n-GaN层；

步骤3：在n-GaN层上生长中间层；

步骤4：在中间层上生长纳米图形层；

2.如权利要求1所述的大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，其中衬底的材料为硅、蓝宝石或氮化镓，衬底的表面是平面或微图形PSS，或者纳米图形。

3.如权利要求1所述的大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，其中中间层是采用等离子增强气相沉积的方法生长的，该中间层的材料为SiO₂或者Si₃N₄。

4.如权利要求1所述的大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，其中纳米图形层是采用电子束蒸镀倾斜生长的，纳米图形层的材料为Ni、Cr、Ag或Au，或及其组合物。

5.如权利要求1所述的大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，其中衬底上的纳米氮化镓图形的横向尺寸为10-300nm。

6.如权利要求5所述的大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，其中衬底上的纳米氮化镓图形的形状为矩形、圆形、菱形或多边形。

7.如权利要求1所述的大面积制作纳米氮化镓图形衬底的方法，其中衬底上的纳米氮化镓图形的排列是周期排列或自组装排列。