CN108288583A - 一种采用硅基底生长氮化镓外延的方法 - Google Patents

一种采用硅基底生长氮化镓外延的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用硅基底生长氮化镓外延的方法，该方法包括以下步骤：提供一硅基底；提供一具有多个微孔的碳纳米管结构，且该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；将所述碳纳米管结构设置于所述硅基底的一表面，从而使的所述硅基底的表面部分暴露；以该碳纳米管结构为掩模干法刻蚀所述硅基底，从而的到一具有图案化的凸起的硅基底，且该图案化的凸起包括多个凸条；以及以所述具有图案化的凸起的硅基底作为外延生长基底生长氮化镓外延层。

Description

一种采用硅基底生长氮化镓外延的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种采用硅基底的氮化镓外延生长方法。
背景技术
外延结构，尤其外延结构为制作半导体器件的主要材料之一。例如，近年来，制备发光二极管(LED)的氮化镓外延层成为研究的热点。所述氮化镓(GaN)外延片是指在一定条件下，将氮化镓材料分子，有规则排列，定向生长在蓝宝石基底上。然而，高质量氮化镓外延层通常采用蓝宝石作为外延生长基底，成本高昂。
因此，采用成本低廉的硅基底作为氮化镓外延生长基底，成为研究的热点。然而，由于氮化镓和硅基底的晶格常数以及热膨胀系数差别很大，从而导致氮化镓外延层存在较多位错缺陷。现有技术提供一种改善上述不足的方法，其采用光刻等微电子工艺在硅基底的外延面上形成多个凹槽，以通过横向外延生长减少位错缺陷。
然而，由于光刻等微电子工艺形成的凹槽尺度通常为微米级别，例如几十微米，该尺寸较大。因此，目前在硅基底上生长的氮化镓外延层的质量远不如在蓝宝石基底生长的氮化镓外延层。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种在硅基底上生长氮化镓外延层的方法，采用该方法可以生长与蓝宝石基底生长的氮化镓外延层的质量相当的氮化镓外延层。
一种采用硅基底生长氮化镓外延的方法，该方法包括以下步骤：提供一硅基底；提供一具有多个微孔的碳纳米管结构，且该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；将所述碳纳米管结构设置于所述硅基底的一表面，从而使的所述硅基底的表面部分暴露；以该碳纳米管结构为掩模干法刻蚀所述硅基底，从而的到一具有图案化的凸起的硅基底，且该图案化的凸起包括多个凸条；以及以所述具有图案化的凸起的硅基底作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，所述碳纳米管结构包括2～4个层叠且交叉设置的碳纳米管膜，且每个碳纳米管膜中的碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向排列。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，保持所述碳纳米管结构在硅基底表面，以所述具有图案化的凸起的硅基底和所述碳纳米管结构一起作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，进一步包括去除所述碳纳米管结构，仅以所述具有图案化的凸起的硅基底作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，进一步包括沉积一阻挡层将所述图案化的凸起和碳纳米管结构覆盖；去除所述碳纳米管结构，形成一图案化的阻挡层；以所述具有图案化的凸起的硅基底和图案化的阻挡层作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，进一步包括在所述碳纳米管结构的碳纳米管表面包覆一层保护层从而形成一碳纳米管复合结构。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，保持所述碳纳米管复合结构在硅基底表面，以所述具有图案化的凸起的硅基底和所述碳纳米管复合结构一起作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，所述保护层的材料为金属、金属氧化物、金属硫化物、非金属氧化物、非金属碳化物以及非金属氮化物中一种或多种。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，所述多个凸条交叉设置且包括多个沿着第一方向延伸的第一凸条和沿着第二方向延伸的第二凸条，且所述第一方向和第二方向的夹角大于等于30度小于等于90度。
如上述采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其中，所述凸条的宽度为20纳米～150纳米，高度为50纳米～1000纳米，且相邻的两个平行凸条之间的间距为10纳米～300纳米。
相较于现有技术，本发明在硅基底上生长氮化镓外延层的方法，可以生长与蓝宝石基底生长的氮化镓外延层的质量相当的氮化镓外延层。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的生长氮化镓外延层的方法流程图。
图2为本发明第一实施例采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
图3为本发明第一实施例采用的垂直交叉设置的两个碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
图4为图3的扫描电镜照片的局部放大图。
图5为本发明第一实施例提供的垂直交叉设置的双层碳纳米管复合结构的扫描电镜照片。
图6为图5的扫描电镜照片的局部放大图。
图7为本发明第一实施例提供的交叉设置的三层碳纳米管复合结构的扫描电镜照片。
图8为图7的扫描电镜照片的局部放大图。
图9为本发明第一实施例提供的碳纳米管复合结构的包覆三氧化二铝层的单根碳纳米管的扫描电镜照片。
图10为本发明第一实施例制备的具有图案化的凸起的硅基底的顶面的扫描电镜照片。
图11为图10的扫描电镜照片的局部放大图。
图12为本发明第一实施例制备的具有图案化的凸起的硅基底的截面扫描电镜照片。
图13为本发明第一实施例制备的具有图案化的凸起的硅基底的结构示意图。
图14为本发明第二实施例提供的生长氮化镓外延层的方法流程图。
图15为本发明第三实施例提供的生长氮化镓外延层的方法流程图。
图16为本发明第四实施例提供的生长氮化镓外延层的方法流程图。
主要元件符号说明
硅基底 12
表面 121
图案化的凸起 122
孔洞 124
碳纳米管复合结构 110
碳纳米管结构 112
保护层 114
微孔 116
氮化镓外延层 14
阻挡层 16
图案化的阻挡层 17
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种在硅基底12表面生长氮化镓外延层14的方法，其包括以下步骤：
步骤S10，提供一硅基底12；
步骤S11，提供一具有多个微孔116的碳纳米管复合结构110，该碳纳米管复合结构110包括一碳纳米管结构112以及一包覆于该碳纳米管结构112表面的保护层114，且该碳纳米管结构112包括多个交叉设置的碳纳米管；
步骤S12，将所述碳纳米管复合结构110设置于所述硅基底12的一表面121，从而使的所述硅基底12的表面121部分暴露；
步骤S13，以该碳纳米管复合结构110为掩模干法刻蚀所述硅基底12，从而的到一具有图案化的凸起122的硅基底12，且该图案化的凸起122包括多个交叉设置的凸条；
步骤S14，以所述具有图案化的凸起122的硅基底12和碳纳米管复合结构110共同作为外延生长基底，生长氮化镓外延层14。
在所述步骤S10中，所述硅基底12可以为本征硅基片，也可以为N型或P型掺杂的。所述硅基底12的尺寸和厚度可以根据需要选择。本实施例中，所述硅基底12为一厚度为300微米的本征圆晶硅片。
在所述步骤S11中，所述碳纳米管结构112包括多个有序排列且交叉设置的碳纳米管从而形成多个微孔，所述保护层114包覆于该多个碳纳米管的表面。优选地，所述保护层114包覆于每个碳纳米管的整个表面。所述多个碳纳米管通过范德华力紧密连接从而使该碳纳米管结构112及碳纳米管复合结构110形成一自支撑结构。所谓自支撑结构是指该结构可以无需一支撑体而保持一特定的膜状结构。因而，所述碳纳米管复合结构110具有自支撑性而可部分悬空设置。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述碳纳米管平行于所述碳纳米管结构112的表面。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～10纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～15纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管的长度大于50微米。优选地，该碳纳米管的长度为200微米～900微米。该微孔116的尺寸为1纳米～0.5微米。
所述碳纳米管结构112包括至少一碳纳米管拉膜。优选地，所述碳纳米管结构112包括2～4层碳纳米管拉膜。如果碳纳米管拉膜层数太多，会导致微孔116数量太少，制备的图案化的凸起122的纳米微结构分布不均匀。当所述碳纳米管结构112包括2层碳纳米管拉膜时，该2层碳纳米管拉膜优选为垂直交叉设置。当所述碳纳米管结构112包括3层碳纳米管拉膜时，该3层碳纳米管拉膜优选为60度交叉设置，即相邻两个碳纳米管拉膜中碳纳米管的延伸方向成60度夹角。当所述碳纳米管结构112包括4层碳纳米管拉膜时，该4层碳纳米管拉膜优选为45度交叉设置，即相邻两个碳纳米管拉膜中碳纳米管的延伸方向成45度夹角。
请参阅图2，具体地，该碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管束。该多个碳纳米管束通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管束包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管束的直径为10纳米～200纳米，优选的，10纳米～100纳米。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。所述碳纳米管拉膜包括多个微孔。该微孔为一贯穿该层状的碳纳米管结构的厚度方向的通孔。该微孔可为孔隙和/或间隙。当所述碳纳米管结构112仅包括单层碳纳米管拉膜时，该碳纳米管拉膜中相邻的碳纳米管片段之间具有间隙，其中，该间隙的尺寸为1纳米～0.5微米。可以理解，在由多层碳纳米管拉膜组成的碳纳米管结构112中，相邻两个碳纳米管拉膜中的碳纳米管的排列方向有一夹角α，且0°＜α≤90°，从而使相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管相互交叉组成一网状结构，该网状结构包括多个孔隙，该多个孔隙均匀且规则分布于碳纳米管结构112中，其中，该孔隙直径为1纳米～0.5微米。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.01微米～100微米。所述碳纳米管拉膜可以通过拉取一碳纳米管阵列直接获得。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2010年5月26日公告的第CN101239712B号中国公告专利“碳纳米管薄膜结构及其制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
请参阅图3-4，本实施例中，所述碳纳米管结构112为两层垂直交叉设置的碳纳米管拉膜，所述碳纳米管拉膜直接从生长好的碳纳米管阵列拉取得到，该碳纳米管结构112中的多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向排列。
所述保护层114的材料可为金、镍、钛、铁、铝、钛、铬等金属、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铪等金属氧化物、或者金属硫化物等中的至少一种。可以理解，所述保护层114的材料不限于上述列举材料，还可以为二氧化硅等非金属氧化物、碳化硅等非金属碳化物或氮化硅等非金属氮化物等，只要可以物理性的沉积于所述碳纳米管结构112的表面，且在后续的刻蚀硅基底12过程中不被刻蚀即可。所述物理性的沉积是指所述保护层114不与所述碳纳米管结构112发生化学反应，而是通过范德华力与所述碳纳米管结构112紧密结合，并附于所述碳纳米管结构112中碳纳米管的表面。所述保护层114的厚度不限，可为3纳米～50纳米。为了得到纳米级尺寸的纳米线阵列105，以及避免所述所述碳纳米管结构112中的微孔过多的被所述保护层114覆盖，所述保护层114的厚度优选为3纳米～20纳米。所述碳纳米管复合结构110的微孔116孔径小于所述所述碳纳米管结构112中的微孔孔径。
所述碳纳米管复合结构110可以通过以下方法制备：首先，将所述碳纳米管结构112至少部分悬空设置；然后，在所述碳纳米管结构112表面沉积保护层114。
所述碳纳米管结构112具有相对的两个表面，所述碳纳米管结构112可通过一框架固定，位于框架内部的部分悬空设置，从而使得碳纳米管结构112充分暴露，以利于后续的在碳纳米管结构112相对的两个表面同时形成所述保护层114。所述框架为一中空的结构，具有一通孔。所述碳纳米管结构112的边缘可固定于所述框架中，位于中间的部分通过所述通孔暴露出来且悬空设置。通过所述框架，使得所述碳纳米管结构112的边缘能够牢固的固定，并保持位于通孔位置处的碳纳米管结构112充分暴露。本实施例中，所述框架为一“口”字形的边框，所述碳纳米管结构112的边缘通过所述边框固定。可以理解，所述碳纳米管结构112悬空设置的方式也可以为其他手段，比如金属网栅、具有中空结构的环状体等，只要实现使该碳纳米管结构112悬空即可。可通过电子束蒸镀法将所述保护层114沉积于所述碳纳米管结构112的表面。可以理解，所述沉积的方法不限于上述列举的方法，还可以为磁控溅射法、原子层沉积法等气相沉积法，只要保证所述保护层114在沉积的过程中不破坏所述碳纳米管结构112的形态和结构即可。
由于所述碳纳米管结构112悬空设置，因而所述碳纳米管结构112的两个表面均被所述保护层114覆盖。具体的，该保护层114包覆所述碳纳米管结构112中多个碳纳米管的至少部分表面。所述碳纳米管结构112包括多个微孔结构，可以理解，所述微孔结构中也可分布有所述保护层114。所述碳纳米管结构112中的碳纳米管与所述保护层114紧密结合，形成一整体的碳纳米管复合结构110。其中，所述碳纳米管结构112对所述保护层114起到支撑作用。所述碳纳米管复合结构110包括多个微孔116。所述微孔116为贯穿所述碳纳米管复合结构110的厚度方向的凹陷空间，该凹陷空间可为间隙或者微孔。
本实施例中，通过电子束蒸镀法在所述碳纳米管结构112的表面设置保护层114得到所述碳纳米管复合结构110，所述保护层114的材料为氧化铝，所述保护层114的厚度为5纳米。所述碳纳米管结构112中的每个碳纳米管被所述保护层114完全包覆。参见图5-6，为本实施例采用的双层交叉的碳纳米管复合结构110的扫描电镜照片。参见图7-8，为本实施例采用的三层交叉的碳纳米管复合结构110的扫描电镜照片。请参阅图9，为本实施例采用的碳纳米管复合结构110中包覆氧化铝层的单根碳纳米管的扫描电镜照片。
在所述步骤S12中，所述碳纳米管复合结构110可以直接设置于所述硅基底12的表面121。具体的，可先将所述框架和所述碳纳米管复合结构110一起转移至所述硅基底12的表面121，再移除所述框架。由于所述碳纳米管复合结构110具有多个微孔116，因而所述硅基底12的表面121部分通过该多个微孔116暴露出来。所述碳纳米管复合结构110与所述硅基底12的表面121之间并非完全紧密接触，部分的碳纳米管复合结构110与所述硅基底12的表面121之间可能存在空气。
将所述碳纳米管复合结构110设置于所述硅基底12的表面121之后，进一步还可以包括一通过溶剂对所述碳纳米管复合结构110进行处理，使所述碳纳米管复合结构110贴附在所述硅基底12的表面121的表面的步骤。当向所述碳纳米管复合结构110的表面滴加溶剂，所述溶剂会浸润所述碳纳米管复合结构110，软化所述碳纳米管复合结构110，并将所述碳纳米管复合结构110与所述硅基底12的表面121之间的空气排出。当所述溶剂被去除后，所述碳纳米管复合结构110与所述硅基底12的表面121的表面形成紧密的接触。所述溶剂可为水、有机溶剂等。所述有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿。本实施例中，所述溶剂为乙醇，通过将所述乙醇滴加于所述碳纳米管复合结构110的表面，然后自然风干，使得所述碳纳米管复合结构110紧密贴附于所述硅基底12的表面121。
在所述步骤S13中，所述干法刻蚀是指通入一气体在电场作用下得到一等离子体，该等离子体可与被刻蚀物质发生反应而得到挥发性物质，比如：电感耦合等离子体刻蚀(ICPE)、反应性离子刻蚀(RIE)。本实施例中，通过电感耦合等离子体刻蚀法刻蚀所述被暴露的硅基底12的表面121。具体的，通过向一等离子体系统通入一气体，所述气体可以为氧气、氯气、氢气、氯气、氩气、四氟化碳等。所述气体不限于上述列举气体，只要该气体可与硅基底12发生反应即可。优选的，采用氯气和氩气的反应性离子刻蚀法刻蚀所述硅基底12，其中，所述等离子体系统的功率是20瓦～70瓦，氯气等离子体的通入速率为10标况毫升每分钟(standard-state cubic centimeter per minute，sccm)，氩气等离子体的通入速率为25sccm，形成的气压为6帕，刻蚀时间为10秒～60秒。通过反应性离子刻蚀法刻蚀被暴露的硅基底12的部分表面，由于等离子体充分与硅基底12反应，故，该过程反应时间短，效率较高。
在刻蚀所述硅基底12的过程中，所述刻蚀气体与被暴露的硅基底12的部分发生化学反应，而并不与所述碳纳米管复合结构110的保护层114发生化学反应或者与保护层114发生化学反应的速度和程度远远小于刻蚀气体与硅基底12发生的化学反应。即，所述碳纳米管复合结构110起到掩模的作用。在刻蚀的过程中，由于选择的刻蚀气体与保护层114不发生化学反应，而是与硅基底12发生化学反应，因而被暴露的硅基底12的表面会逐渐被刻蚀，而该硅基底12被所述碳纳米管复合结构110覆盖的表面不会有变化。并且，由于所述碳纳米管复合结构110与所述硅基底12的表面紧密结合，因而该硅基底12被所述碳纳米管复合结构110覆盖的表面所形成的图形，与所述碳纳米管复合结构110悬空时向所述硅基底12的正向投影所形成的图形一致。即最后得到的图案化的凸起122的整体图案与所述碳纳米管复合结构110的整体图案基本相一致。
本实施例中，所述碳纳米管结构112采用采用多层交叉的碳纳米管拉膜时，通过改变相邻的碳纳米管拉膜的交叉角度可以得到具有不同图案的图案化的凸起122。当采用正向交叉的碳纳米管拉膜作为碳纳米管结构时，得到的所述图案化的凸起122包括多个沿两个垂直方向交叉排列的凸条。
所述图案化的凸起122的凸条为类条状或条状结构。所述凸条的宽度为20纳米～150纳米。在垂直于碳纳米管的延伸方向上相邻的两个宽度之间的间距为10纳米～300纳米。所述图案化的凸起122的凸条在垂直于所述硅基底12的表面的方向上的尺寸定义为凸条的高度。所述凸条的高度不限，可根据具体刻蚀的时间而定，可为50纳米～1000纳米。所述多个凸条相互垂直交叉分布呈一网状结构。参见图10-11，为本实施例制备的图案化的凸起122的顶面扫面电镜照片。请参阅图12，为本实施例制备的图案化的凸起122的硅基底12的截面扫描电镜照片。本实施例中，所述凸条的宽度为20纳米～50纳米，间距为10纳米～50纳米，高度为500纳米～1000纳米。
请参阅图13，本发明第一实施例制备的图案化的凸起122的硅基底12的结构示意图。所述图案化的凸起122包括多个凸条交叉设置形成网状结构，从而定义多个孔洞124。所述多个凸条的交叉处为一体结构。本发明定义一部分沿着第一方向延伸的凸条为第一凸条，另一部分沿着第二方向延伸的凸条为第二凸条。所述第一方向和第二方向的夹角大于0度小于等于90度，优选地，大于等于30度。所述多个第一凸条基本平行，且所述多个第二凸条基本平行。本发明的凸条基本平行的特征是由于其制备方法中采用的碳纳米管掩模中碳纳米管的延伸方向基本平行的特征决定的。每个凸条的长度不限，宽度为20纳米～150纳米，高度为50纳米～1000纳米，平行且相邻的凸条之间的间距为10纳米～300纳米。因此，所述孔洞124的开口尺寸为10纳米～300纳米，深度为50纳米～1000纳米。优选地，每个凸条的宽度为20纳米～50纳米，高度为500纳米～1000纳米，间距为10纳米～50纳米。本实施例中，所述多个第一凸条垂直于多个第二凸条。所述凸条从所述基底12的一边延伸至另一边。
可以理解，由于所述碳纳米管复合结构110中的碳纳米管包覆保护层114之后复合结构的直径为几十纳米，间距为几十纳米，因此，制备得到的图案化的凸起122的凸条宽度和间距也均为几十纳米。因此，所述硅基底12表面的图案化的凸起122和多个孔洞124均为纳米结构。而且，相邻凸条的间距和相邻孔洞124的间距均为几十纳米，因此，大大提高了所述硅基底12表面的纳米结构的密度。例如，当相邻凸条的间距和相邻孔洞124的间距均为20纳米，在1微米的宽度范围内，所述凸条和孔洞124的数量均为50。而现有技术中，微结构的制备通常采用光刻技术，由于受到分别率限制，凸起和凹陷的纳米结构尺度难以全部控制在几十纳米范围内。
在所述步骤S14中，所述氮化镓外延层14的生长过程为：首先从所述基底12的孔洞124的底面开始垂直外延生长多个氮化镓纳米柱；然后，该多个氮化镓纳米柱水平外延生长形成一氮化镓薄膜；最后该氮化镓薄膜继续垂直外延生长形成所述氮化镓外延层14。所述碳纳米管复合结构110阻止了外延层从所述图案化的凸起122的顶面生长。
所述氮化镓外延层14的生长方法可以通过分子束外延法(MBE)、化学束外延法(CBE)、减压外延法、低温外延法、选择外延法、液相沉积外延法(LPE)、金属有机气相外延法(MOVPE)、超真空化学气相沉积法(UHVCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、以及金属有机化学气相沉积法(MOCVD)等中的一种或多种实现。
具体地，本实施例中，采用MOCVD工艺进行外延生长。其中，采用高纯氨气(NH3)作为氮的源气，采用氢气(H2)作载气，采用三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)作为Ga源、In源和Al源。具体包括以下步骤。首先，将硅基底12置入反应室，加热到1100℃～1200℃，并通入H2、N2或其混合气体作为载气，高温烘烤200秒～1000秒。其次，继续同入载气，并降温到500℃～650℃，通入三甲基镓或三乙基镓以及氨气，生长GaN低温缓冲层，其厚度10纳米～50纳米。然后，停止通入三甲基镓或三乙基镓，继续通入氨气和载气，同时将温度升高到1100℃～1200℃，并恒温保持30秒～300秒，进行退火。最后，将硅基底12的温度保持在1000℃～1100℃，继续通入氨气和载气，同时重新通入三甲基镓或三乙基镓，在高温下完成GaN的侧向外延生长过程，并生长出高质量的氮化镓外延层14。
本发明提供的在硅基底上生长氮化镓外延层的方法，具有以下优点：采用碳纳米管复合结构110为掩模刻蚀可以在硅基底12表面形成均匀分布的纳米结构，尤其，相邻凸条的间距和相邻孔洞124的间距均为几十纳米，因此，大大提高了所述硅基底12表面的纳米结构的密度，大大提高了氮化镓外延层14的质量。本发明方法在硅基底上生长氮化镓外延层的质量与在蓝宝石基底生长的氮化镓外延层的质量相当。
请参阅图14，本发明第二实施例提供一种在硅基底12表面生长氮化镓外延层14的方法，其包括以下步骤：
步骤S20，提供一硅基底12；
步骤S21，提供一具有多个微孔116的碳纳米管复合结构110，该碳纳米管复合结构110包括一碳纳米管结构112以及一包覆于该碳纳米管结构112表面的保护层114，且该碳纳米管结构112包括多个交叉设置的碳纳米管；
步骤S22，将所述碳纳米管复合结构110设置于所述硅基底12的一表面121，从而使的所述硅基底12的表面121部分暴露；
步骤S23，以该碳纳米管复合结构110为掩模干法刻蚀所述硅基底12，从而的到一具有图案化的凸起122的硅基底12，且该图案化的凸起122包括多个交叉设置的凸条；
步骤S24，去除所述碳纳米管复合结构110；
步骤S25，以所述具有图案化的凸起122的硅基底12作为外延生长基底，生长氮化镓外延层14。
本发明第二实施例提供的在硅基底12表面生长氮化镓外延层14的方法与本发明第一实施例提供的方法基本相同，其区别在于，去除所述碳纳米管复合结构110，仅以所述具有图案化的凸起122的硅基底12作为外延生长基底生长氮化镓外延层14。
在所述步骤S24中，所述去除碳纳米管复合结构110的方法不限，可为超声法、撕除法、氧化法等。本实施例中，采用超声法去除所述碳纳米管复合结构110。具体的，将带有所述碳纳米管复合结构110的硅基底12置于一N-甲基吡咯烷酮的溶液中超声数分钟，由于N-甲基吡咯烷酮的极性较大，因而可容易的将所述碳纳米管复合结构110与硅基底12分离。
在所述步骤S25中，所述氮化镓外延层14的生长过程为：首先从所述基底12的孔洞124的底面和所述图案化的凸起122的顶面同时开始垂直外延生长多个氮化镓纳米柱；然后，该多个氮化镓纳米柱水平外延生长形成一氮化镓薄膜；最后该氮化镓薄膜继续垂直外延生长形成所述氮化镓外延层14。
请参阅图15，本发明第三实施例提供一种在硅基底12表面生长氮化镓外延层14的方法，其包括以下步骤：
步骤S30，提供一硅基底12；
步骤S31，提供一具有多个微孔116的碳纳米管复合结构110，该碳纳米管复合结构110包括一碳纳米管结构112以及一包覆于该碳纳米管结构112表面的保护层114，且该碳纳米管结构112包括多个交叉设置的碳纳米管；
步骤S32，将所述碳纳米管复合结构110设置于所述硅基底12的一表面121，从而使的所述硅基底12的表面121部分暴露；
步骤S33，以该碳纳米管复合结构110为掩模干法刻蚀所述硅基底12，从而的到一具有图案化的凸起122的硅基底12，且该图案化的凸起122包括多个交叉设置的凸条；
步骤S34，沉积一阻挡层16将所述图案化的凸起122和碳纳米管复合结构110覆盖；
步骤S35，去除所述碳纳米管复合结构110，形成一图案化的阻挡层17；
步骤S36，以所述具有图案化的凸起122的硅基底12和图案化的阻挡层17作为外延生长基底，生长氮化镓外延层14。
本发明第三实施例提供的在硅基底12表面生长氮化镓外延层14的方法与本发明第二实施例提供的方法基本相同，其区别在于，先沉积一阻挡层16将所述图案化的凸起122和碳纳米管复合结构110覆盖，从而使得去除所述碳纳米管复合结构110之后，形成一图案化的阻挡层17；以所述具有图案化的凸起122的硅基底12和图案化的阻挡层17作为外延生长基底生长氮化镓外延层14。
在所述步骤S34中，沉积阻挡层16的方法不限，可采用电子束蒸发、离子束溅射、原子层沉积、磁控溅射、蒸镀、化学气相沉积等方式。所述阻挡层16一部分沉积在碳纳米管复合结构110表面，另一部分沉积在相邻凸条之间的硅基底12的表面。所述阻挡层16厚度小于所述图案化的凸起122的高度，从而使得沉积在碳纳米管复合结构110表面的阻挡层16和积在相邻凸条之间的硅基底12的表面的阻挡层16形成不连续结构。因此，在去除所述碳纳米管复合结构110的过程中，沉积在碳纳米管复合结构110表面的阻挡层16被一起去除。而积在相邻凸条之间的硅基底12的表面的阻挡层16保留在硅基底12的表面，形成一图案化的阻挡层17。所述阻挡层16的材料为氧化硅或氮化硅等可以阻止氮化镓外延生长的材料。
在所述步骤S36中，所述氮化镓外延层14的生长过程为：首先从所述图案化的凸起122的顶面同时开始垂直外延生长多个氮化镓纳米柱；然后，该多个氮化镓纳米柱水平外延生长形成一氮化镓薄膜；最后该氮化镓薄膜继续垂直外延生长形成所述氮化镓外延层14。由于所述图案化的阻挡层17阻止了氮化镓从所述硅基底12的孔洞124底面开始生长，因此，在所述所述硅基底12和所述氮化镓外延层14之间形成多个未被外氮化镓延材料填充的空的孔洞124。该空的孔洞124可以进一步减少氮化镓和硅基底的晶格常数失配以及减小应力。
请参阅图16，本发明第四实施例提供一种在硅基底12表面生长氮化镓外延层14的方法，其包括以下步骤：
步骤S40，提供一硅基底12；
步骤S41，提供一具有多个微孔116的碳纳米管结构112，且该碳纳米管结构112包括多个交叉设置的碳纳米管；
步骤S42，将所述碳纳米管结构112设置于所述硅基底12的一表面121，从而使的所述硅基底12的表面121部分暴露；
步骤S43，以该碳纳米管结构112为掩模干法刻蚀所述硅基底12，从而的到一具有图案化的凸起122的硅基底12，且该图案化的凸起122包括多个交叉设置的凸条；
步骤S44，以所述具有图案化的凸起122的硅基底12和所述碳纳米管结构112作为外延生长基底，生长氮化镓外延层14。
本发明第四实施例提供的在硅基底12表面生长氮化镓外延层14的方法与本发明第一实施例提供的方法基本相同，其区别在于，所述碳纳米管结构112表面没有包覆保护层114。
可以理解，本发明还可以进一步去除该碳纳米管结构112再生长氮化镓外延层14，或先设置图案化的阻挡层17再生长氮化镓外延层14。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种采用硅基底生长氮化镓外延的方法，该方法包括以下步骤：
提供一硅基底；
提供一具有多个微孔的碳纳米管结构，且该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；
将所述碳纳米管结构设置于所述硅基底的一表面，从而使的所述硅基底的表面部分暴露；
以该碳纳米管结构为掩模干法刻蚀所述硅基底，从而的到一具有图案化的凸起的硅基底，且该图案化的凸起包括多个凸条；以及
以所述具有图案化的凸起的硅基底作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
2.如权利要求1所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括2～4个层叠且交叉设置的碳纳米管膜，且每个碳纳米管膜中的碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向排列。
3.如权利要求1所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，保持所述碳纳米管结构在硅基底表面，以所述具有图案化的凸起的硅基底和所述碳纳米管结构一起作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
4.如权利要求1所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，进一步包括去除所述碳纳米管结构，仅以所述具有图案化的凸起的硅基底作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
5.如权利要求1所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，进一步包括沉积一阻挡层将所述图案化的凸起和碳纳米管结构覆盖；去除所述碳纳米管结构，形成一图案化的阻挡层；以所述具有图案化的凸起的硅基底和图案化的阻挡层作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
6.如权利要求1所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，进一步包括在所述碳纳米管结构的碳纳米管表面包覆一层保护层从而形成一碳纳米管复合结构。
7.如权利要求6所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，保持所述碳纳米管复合结构在硅基底表面，以所述具有图案化的凸起的硅基底和所述碳纳米管复合结构一起作为外延生长基底生长氮化镓外延层。
8.如权利要求6所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，所述保护层的材料为金属、金属氧化物、金属硫化物、非金属氧化物、非金属碳化物以及非金属氮化物中一种或多种。
9.如权利要求1所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，所述多个凸条交叉设置且包括多个沿着第一方向延伸的第一凸条和沿着第二方向延伸的第二凸条，且所述第一方向和第二方向的夹角大于等于30度小于等于90度。
10.如权利要求9所述的采用硅基底生长氮化镓外延的方法，其特征在于，所述凸条的宽度为20纳米～150纳米，高度为50纳米～1000纳米，且相邻的两个平行凸条之间的间距为10纳米～300纳米。
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