CN107978662B - 一种氮化镓纳米孔洞的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化镓纳米孔洞的制备方法，本发明制备的氮化镓纳米孔洞结构有助于释放氮化镓外延生长过程中产生的应力，进而提升半导体的光电属性，尤其是氮化镓基LED的发光效率；同时氮化镓纳米孔洞结构可作为氮化镓复合图形衬底，应用于在氮化镓MOCVD的二次外延上，大幅提升氮化镓材料的晶体质量。本发明制备氮化镓纳米孔洞结构的方法，制备过程简单，制造成本低、制备产品的成功率高、制备产品的效果好，重复率高，易于进行规模化生产。

Description

一种氮化镓纳米孔洞的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓纳米孔洞的制备方法。
背景技术
氮化镓纳米结构在半导体光电领域有着很好的应用价值，尤其在实现高性能LED方面有非常重要的作用。目前，主流的制备氮化镓纳米孔洞是通过纳米压印技术来实现的。其中，纳米压印技术是利用传统模具复型原理来实现图形的复制和转移，并利用反应离子刻蚀、等离子耦合刻蚀等干法刻蚀制备出氮化镓纳米孔洞结构。上述氮化镓纳米孔洞结构的制备方法操作相对简单。
但是，上述氮化镓纳米孔洞结构的制备方法存在以下缺陷：在制备的过程中，压印模具需要和氮化镓材料直接接触，极易造成对样品的物理损伤，大幅降低发光器件的效率；制备纳米压印模板的难度较大，且成本较高，实现大规模量产并运用在工业领域中都非常困难。因此，亟待研发一种新的氮化镓纳米孔洞结构的制备方法。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种氮化镓纳米孔洞的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种氮化镓纳米孔洞的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）首先在衬底上镀一层氮化铝层，然后在氮化铝层上外延一层氮化镓层，之后在氮化镓层上镀一层二氧化硅层；
（2）在二氧化硅层上蒸镀金层，然后在金层上蒸镀一层镍金属层，将镍金属层一定温度下退火处理0.5-3分钟，形成镍金属岛结构；
（3）在镍金属层上蒸镀铂金金属层，使得镍金属岛结构的高度大于铂金金属层的厚度，形成氮化镓晶体结构；
（4）将氮化镓晶体结构浸泡在王水中2-5分钟，使得镍金属岛结构溶解于王水中，氮化镓晶体结构形成裸露金层的纳米孔洞；
（5）采用一定的工艺刻蚀氮化镓晶体结构的纳米孔洞的金层、二氧化硅层及氮化镓层，即得氮化镓纳米孔洞结构。
所述的一种氮化镓纳米孔洞的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的衬底为宝石蓝衬底。
所述的一种氮化镓纳米孔洞的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的一定温度下是指800-900℃的温度。
所述的一种氮化镓纳米孔洞的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的铂金金属层的厚度为8-10纳米。
所述的一种氮化镓纳米孔洞的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述的采用一定的工艺刻蚀具体是指：以铂金金属层作为掩膜，利用反应离子刻蚀二氧化硅层；以二氧化硅层作为掩膜，利用离子束辅助自由基刻蚀氮化镓层。
本发明的优点是：本发明制备的氮化镓纳米孔洞结构有助于释放氮化镓外延生长过程中产生的应力，进而提升半导体的光电属性，尤其是氮化镓基LED的发光效率；同时氮化镓纳米孔洞结构可作为氮化镓复合图形衬底，应用于在氮化镓MOCVD的二次外延上，大幅提升氮化镓材料的晶体质量。本发明制备氮化镓纳米孔洞结构的方法，制备过程简单，制造成本低、制备产品的成功率高、制备产品的效果好，重复率高，易于进行规模化生产。
附图说明
图1为本发明的氮化镓晶体结构示意图。
图2为本发明的氮化镓纳米孔洞结构的制备方法流程图。
图3为本发明制备的镍金属纳米岛结构电镜图。
图4为本发明制备的氮化镓纳米孔洞结构的电镜图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图2所示，一种氮化镓纳米孔洞的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）首先在宝石蓝衬底上1上镀一层氮化铝层2，然后在氮化铝层2上外延一层氮化镓层3，之后在氮化镓层3上镀一层二氧化硅层4；
（2）在二氧化硅层4上蒸镀金层，然后在金层上蒸镀一层镍金属层，镍金属层一定温度下退火处理0.5-3分钟，形成镍金属岛结构6（如图3所示）；
（3）在镍金属层上利用蒸发仪器蒸镀8-20纳米的铂金金属层5，使得镍金属岛结构6的高度大于铂金金属层5的厚度，形成氮化镓晶体结构；
（4）将氮化镓晶体结构浸泡在王水（王水由盐酸和硝酸按体积比为3:1形成）中2-5分钟，使得镍金属岛结构6溶解于王水中，氮化镓晶体结构形成裸露金层的纳米孔洞；具体的，王水对氮化镓晶体结构处理过程为：将氮化镓晶体结构浸泡在王水中2-5min，使得镍金属岛结构6溶解于王水。由于铂金在常温下几乎不与王水发生化学反应，在二氧化硅层4上方贴合的铂金金属层5仍然会留在二氧化硅层4上，而王水可以透过间隙与镍金属岛结构6发生化学反应，这时，样品表面会留下去掉镍金属岛结构的具有纳米孔洞结构的氮化镓晶体结构，而二氧化硅层4上方其它区域则被铂金金属层5牢牢覆盖住。
（5）先以铂金金属层5作为掩膜，利用反应离子刻蚀（RIE）纳米孔洞的金层、二氧化硅层4，再以二氧化硅层4作为掩膜，利用离子束辅助自由基刻蚀（ICP）氮化镓层3，最终形成氮化镓纳米孔洞结构（如图4所示），从而释放氮化镓外延生长过程中产生的应力，提升半导体的光电属性，尤其是氮化镓基LED的发光效率，氮化镓纳米孔洞结构可作为氮化镓复合图形衬底，应用在氮化镓MOCVD的二次外延上，大幅提升氮化镓材料的晶体质量。
本发明的氮化镓纳米孔洞结构的制备方法在制备氮化镓纳米孔洞结构的过程简单、成本低、制备产品的成功率高、制备产品效果好，重复率高、易于进行规模化生产。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种氮化镓纳米孔洞的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）首先在衬底上镀一层氮化铝层，然后在氮化铝层上外延一层氮化镓层，之后在氮化镓层上镀一层二氧化硅层；
（2）在二氧化硅层上蒸镀金层，然后在金层上蒸镀一层镍金属层，将镍金属层在一定温度下退火处理0.5-3分钟，形成镍金属岛结构；
（3）在镍金属层上蒸镀铂金金属层，使得镍金属岛结构的高度大于铂金金属层的厚度，获得氮化镓晶体结构；
（4）将氮化镓晶体结构浸泡在王水中2-5分钟，使得镍金属岛结构溶解于王水中，氮化镓晶体结构形成裸露金层的纳米孔洞；
（5）采用一定的工艺刻蚀纳米孔洞中的金层、二氧化硅层及氮化镓层，即得氮化镓纳米孔洞结构；
步骤（2）中所述的一定温度下是指800-900℃的温度；
步骤（3）中所述的铂金金属层的厚度为8-10纳米；
步骤（5）中所述的采用一定的工艺刻蚀纳米孔洞中的金层、二氧化硅层及氮化镓层具体是指：以铂金金属层作为掩模，刻蚀金层；以铂金金属层作为掩模，利用反应离子刻蚀二氧化硅层；以二氧化硅层作为掩模，利用ICP刻蚀氮化镓层。
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