CN112736173A - 一种复合衬底、制备方法及半导体器件 - Google Patents
一种复合衬底、制备方法及半导体器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112736173A CN112736173A CN202110364992.6A CN202110364992A CN112736173A CN 112736173 A CN112736173 A CN 112736173A CN 202110364992 A CN202110364992 A CN 202110364992A CN 112736173 A CN112736173 A CN 112736173A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- sio
- groove
- nano
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 67
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 172
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 58
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 24
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 16
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 9
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 4
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 241000193738 Bacillus anthracis Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 206010022000 influenza Diseases 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 201000004792 malaria Diseases 0.000 description 1
- XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N metformin Chemical compound CN(C)C(=N)NC(N)=N XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种复合衬底、制备方法及半导体器件，所述复合衬底包括：基底，所述基底上表面靠近中间位置形成一凹槽；SiO2层，所述SiO2层形成于所述基底上表面且覆盖所述凹糟；其中，覆盖所述凹槽的SiO2层设有周期性排列的通孔；多个纳米柱，所述多个纳米柱同步形成于所述凹槽和所述SiO2层的通孔；其中，所述纳米柱的宽度小于所述SiO2层的孔径。本发明制备的复合衬底在凹槽内填充与SiO2层以及衬底的折射率具有差异的空气层，且形成的纳米柱侧壁与SiO2层通孔侧壁形成隔离带，从而提高出光效率、制得质量优良的复合衬底。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体为一种复合衬底、制备方法及半导体器件。
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LED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，提供一种复合衬底，所述复合衬底包括
基底，所述基底上表面靠近中间位置形成一凹槽，凹槽形成的深度小于基底的厚度；
SiO2层，所述SiO2层为多孔结构，其形成于所述基底上表面且覆盖所述凹糟；其中，覆盖所述凹槽的SiO2层设有周期性排列的通孔；
多个纳米柱，所述多个纳米柱子同步形成于所述凹槽和所述SiO2层的通孔；其中，所述纳米柱的宽度小于所述SiO2层的孔径。
优选地，所述纳米柱上表面高于所述SiO2层的上表面。
优选地，所述凹槽的深度为0.5μm-10μm；所述凹槽的宽度为1mm-5mm。
优选地，所述SiO2层的厚度为5nm-100nm；所述通孔的直径为50~1000nm，深度为5~100nm，所述通孔间距为100nm ~1000nm。
优选地，所述纳米柱侧壁与所述SiO2层的通孔侧壁不接触以形成空气隔离带。
优选地，所述纳米柱为单层的III族氮化物纳米层或交替形成的III族氮化物纳米层；所述III族氮化物选自AlGaN、GaN或AlN中的一种或多种。
优选地，所述多个纳米柱在所述凹槽底部形成梯形形状，所述梯形的高度与所述凹槽的高度相等。
基于同样的发明构思，本发明另提供一种复合衬底制备方法，包括：
提供一基底，在所述基底上表面靠近中间位置刻蚀一凹槽；
在所述基底上表面形成覆盖所述凹槽的SiO2层，覆盖所述凹槽的SiO2层设有周期性排列的通孔；
将带有周期性排列的通孔的金属掩膜层覆盖于所述SiO2层，所述金属掩膜层的通孔与所述SiO2层的通孔一一对应排列，其中，所述金属掩膜层的通孔小于所述SiO2层的通孔；
在所述凹槽、所述SiO2层和所述金属掩膜层的通孔中同步形成多个纳米柱；其中，所述纳米柱的形成宽度小于所述SiO2层的孔径。带有通孔的金属掩模层直径略小于SiO2层的通孔，且通孔的直径一一对应，形成同心圆台的结构，此设计在后续生长时可直接沉积生长出III族氮化物纳米柱，而无需进行纳米柱的直接刻蚀；该氮化物纳米柱底部宽大，底部的直径略大于体部的直径，使得形成的纳米柱更为稳定；且体部的纳米柱与SiO2层的通孔侧壁及其它面均不接触，二者形成空气隔离带，更有利于出光。同时此方案避免现有技术中刻蚀方法制备纳米柱时对外延层的损伤，一方面避免出现暗裂纹导致材料缺陷引起位错甚至裂开的情况，另一方面也避免了在刻蚀中出现杂质污染的情况。
优选地，在所述衬底上表面形成覆盖所述凹槽的SiO2层，覆盖所述凹槽的SiO2层设有周期性排列的通孔具体步骤为：
在所述凹槽内部填充光刻胶，所述光刻胶的填充高度和填充宽度分别等于凹槽的高度和宽度；
在所述基底上表面和所述光刻胶上表面沉积SiO2层，刻蚀所述光刻胶上表面沉积的SiO2层以形成周期性排列的通孔；
去除光刻胶。基底上表面中心位置刻蚀出凹槽结构，并在其上生长SiO2架空层，使凹槽的区域填充满空气，利用SiO2以及基底的折射率差异，从而提高出光效率。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。
优选地，所述金属掩膜层的下表面带有多个纳米级凸出结构以与所述SiO2层形成纳米级中空结构，所述金属掩膜层的通孔与所述SiO2层的通孔形成同心圆台结构。
优选地，在所述凹槽、所述SiO2层和所述金属掩膜层的通孔中同步形成多个纳米柱具体步骤为：
在所述凹槽、所述SiO2层和所述金属掩膜层的通孔及所述金属掩膜层上同步沉积III族氮化物外延层；
将所述金属掩膜层上的III族氮化物外延层和所述SiO2层上的金属掩膜层完全刻蚀形成多个纳米柱。
本发明通过金属掩层和SiO2层的通孔包围限定的大小和结构作为沉积纳米柱的标尺，从而便于控制周期性，使生长出的氮化物纳米柱排列周期性增强，能够大大提高纳米柱的均匀性。
本发明另提供一种半导体器件，包括上述任一复合衬底或包括通过任一上述的方法制备的复合衬底。
本发明制备的复合衬底在凹槽内填充与SiO2层以及衬底的折射率具有差异的空气层，且形成的纳米柱侧壁与SiO2层通孔侧壁形成隔离带，从而提高出光效率、制得质量优良的复合衬底。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的带有凹槽的基底示意图；
图2为本发明实施例1提供的形成周期性通孔的SiO2层示意图；
图3为本发明实施例1提供的形成周期性通孔的金属掩膜层示意图；
图4为本发明实施例1提供的复合衬底示意图；
图5为本发明提供的复合衬底制备方法的流程示意图。
基底1，凹槽2、SiO2层3、金属掩膜层4、纳米柱5。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
本发明提供一种复合衬底，如图4所示，包括：基底1，基底上表面靠近中间位置形成一凹槽2；
SiO2层3，SiO2层形成于所述基底1上表面且覆盖所述凹糟2；其中，覆盖所述凹槽2的SiO2层3设有周期性排列的通孔；
多个纳米柱5，多个纳米柱5同步形成于凹槽2和SiO2层3的通孔；其中，所述纳米柱5的宽度小于SiO2层3的孔径。
纳米柱5上表面高于SiO2层3的上表面。
凹槽2的深度为0.5μm-10μmm；凹槽2与基底1上表面相接处宽度为1mm-5mm。
SiO2层的厚度为5nm-100nm；通孔的直径为50~1000nm，深度为5~100nm，通孔间距为100nm ~1000nm。
纳米柱5侧壁与SiO2层3的通孔侧壁不接触以形成空气隔离带。
纳米柱5为单层的III族氮化物纳米层或交替形成的III族氮化物纳米层；III族氮化物选自AlGaN、GaN或AlN中的一种或多种。
多个纳米柱5在所述凹槽2底部形成梯形形状，梯形的高度与凹槽2的高度相等。
基于同样的发明构思，本发明还提供一种复合衬底制备方法，如图5所示，包括如下步骤：
S1：提供一基底1，在基底1上表面靠近中间位置刻蚀一凹槽2；
S2：在基底1上表面形成覆盖凹槽2的SiO2层3，覆盖凹槽2的SiO2层3设有周期性排列的通孔；
S3：将带有周期性排列的通孔的金属掩膜层4覆盖于SiO2层4，金属掩膜层4的通孔与SiO2层3的通孔一一对应排列，其中，金属掩膜层4的通孔小于SiO2层3的通孔；
S4：在凹槽2、SiO2层3和金属掩膜层4的通孔中同步形成多个纳米柱5；其中，纳米柱5的形成宽度小于SiO2层3的孔径。
本发明还提供一种半导体器件，包括上述复合衬底或包括：通过上述任一方法制备的复合衬底。
下面通过具体的实施方式来描述本发明的具体实施过程：
实施例1本实施例提供一种AlN纳米柱复合衬底制备方法
该方法包括如下步骤：
（1）.取2英寸蓝宝石基底，如图1所示，使用激光刻蚀的方法刻蚀基底上表面中心位置，使得基底中心区域形成一个深度为1.5μm的凹槽2，凹槽2与基底上表面相接的未刻蚀区域宽度为2mm。
（2）.在凹槽2内旋涂光刻胶，填充厚度和宽度与凹槽的厚度和宽度一致。
（3）.将刻有凹槽2的蓝宝石基底放入离子增强化学气相沉积设备中，控制工艺条件，通入硅烷和二氧化碳气体，在蓝宝石基底上表面形成厚度为100nm的覆盖凹槽2的SiO2层3。
（4）如图2所示，通过控制反应离子刻蚀机的刻蚀条件，将SiO2层3刻蚀成带有周期性排列的圆形通孔，孔的直径为500nm，深度为100nm，相邻孔间距为1000nm；通孔的形状不局限于圆形，可以为方形、椭圆形。
（5）.采用N-甲基吡咯烷酮浸泡20min，溶解掉凹槽2内的光刻胶。
（6）.如图3所示，将带有直径为400nm、间距为800nm且呈周期性排列的圆形通孔的Ni金属掩膜层覆盖在SiO2层3上表面，Ni金属掩膜层厚度为100nm，控制Ni金属掩模层和SiO2层3间距为100nm。Ni金属掩膜层下表面具有凸出结构，凸出结构高度为200nm，从而与SiO2层形成了中空结构，如若考虑SiO2层3和通孔和金属掩膜层的通孔，中空结构的高度可达400nm；结合SiO2层3的刻蚀条件，控制反应离子刻蚀机的工艺条件，使得Ni金属掩膜层的通孔和通孔间距均小于SiO2层3的通孔大小和通孔间距以形成上宽下窄的周期性排列的圆台结构，在优选的实施例中，可以根据实际需要提前刻蚀不同厚度和不同孔径及排列周期的金属掩膜层作为金属掩膜板使用，便于批量制备复合衬底时时直接拿来使用。针对掩膜层的凸出结构，可以直接市购商用的凸出结构掩膜层，也可根据工艺需要刻蚀一批带有不同形状和高度凸出脚的掩膜层。
（7）.将上述结构放入金属有机化学气相沉积设备反应腔中，将温度升至1150℃，控制反应室压力为100mbar，同时通入三甲基铝、氢气和氨气，生长厚度为400nm的AlN纳米柱；多个AlN纳米柱同步形成于所述凹槽2、所述SiO2层3和所述Ni金属掩膜层的通孔中；AlN充满Ni金属掩膜层的通孔，其中，由于上宽下窄的周期性排列的圆台结构限定包围的通孔上窄下宽，因此形成于其中的AlN纳米柱侧壁与下宽的SiO2层3侧壁不接触，形成空气隔离带，有利于光的反射，进而提高紫外LED出光率。
（8）.将上述生长完AlN的衬底放入反应离子刻蚀机中，控制工艺条件，去除金属掩模层上的AlN；
（9）.将去除金属掩模层上的AlN的衬底放入反应离子刻蚀机中，控制工艺条件，去除金属掩模层；
（10）.将上述衬底放入清洗机中清洗，得到带有AlN纳米柱的复合衬底，制得的复合衬底结构如图4所示。
此设计在后续生长时可直接沉积生长出III族氮化物纳米柱，而无需进行AlN纳米柱的直接刻蚀；该氮化物纳米柱底部宽大，底部的直径略大于体部的直径，使得形成的AlN纳米柱更为稳定；且体部的AlN纳米柱与SiO2层3的通孔侧壁及其它面均不接触，二者形成空气隔离带，更有利于出光。同时此方案避免现有技术中刻蚀方法制备纳米柱时对外延层的损伤，一方面避免出现暗裂纹导致材料缺陷引起位错甚至裂开的情况，另一方面也避免了在刻蚀中出现杂质污染的情况。
本实施例带有通孔的金属掩模层与SiO2层3中孔径对应且金属掩膜层的通孔小于SiO2层3的通孔，形成一个上窄下宽的中空的通孔结构作为定位孔，后续在该定位孔中生长AlN时可直接生长出AlN纳米柱，从而避免现有技术中刻蚀形成AlN纳米柱时对AlN层的损伤，一方面避免出现暗裂纹导致材料缺陷引起位错甚至裂开的情况，另一方面也避免了在刻蚀中出现杂质污染的情况。通过掩模层和SiO2层的通孔控制周期性，使生长出的AlN纳米柱排列周期性增强，能够大大提高纳米柱的均匀性。
实施例2本实施例提供一种GaN纳米柱复合衬底制备方法
该方法包括：
（1）.取1英寸GaN基底，使用激光刻蚀的方法刻蚀基底上表面中心位置，使得基底中心区域形成一个深度为5μm的凹槽2，凹槽2与GaN基底上表面相接的未刻蚀区域宽度为4mm。
（2）.在凹槽2内旋涂光刻胶，填充厚度和宽度与凹槽2的厚度和宽度一致。
（3）.将刻有凹槽2的GaN基底放入离子增强化学气相沉积设备中，控制工艺条件，通入硅烷和二氧化碳气体，在GaN基底上表面形成厚度为5nm的覆盖凹槽2的SiO2层3。
（4）通过控制反应离子刻蚀机的刻蚀条件，将SiO2层3刻蚀成带有周期性排列的圆形通孔，孔的直径为50nm，深度为5nm，相邻孔间距为800nm；通孔的形状不局限于圆形，可以为方向、椭圆形。
（5）.采用丙酮浸泡40min，溶解掉凹槽内的光刻胶。
（6）.将带有直径为40nm、间距为600nm且呈周期性排列的圆形通孔的Ni金属掩膜层覆盖在SiO2层3上表面，Ni金属掩膜层厚度为5nm，控制Ni金属掩模层和SiO2层间距为200nm。通孔的形状不局限于圆形，可以为方向、椭圆形；Ni金属掩膜层下表面具有凸出结构，凸出结构高度为200nm，从而与SiO2层3形成了中空结构，如若考虑SiO2层3和通孔和Ni金属掩膜层的通孔，中空结构的高度可达220nm；结合SiO2层3的刻蚀条件，控制反应离子刻蚀机的工艺条件，使得Ni金属掩膜层的通孔和通孔间距均小于SiO2层3的通孔大小和通孔间距以形成上宽下窄的周期性排列的圆台结构，在优选的实施例中，可以根据实际需要提前刻蚀不同厚度和不同孔径及排列周期的金属掩膜层4作为金属掩膜板使用，便于批量制备复合衬底时时直接拿来使用。针对掩膜层的凸出结构，可以直接市购商用的凸出结构掩膜层，也可根据工艺需要刻蚀一批带有不同形状和高度凸出脚的掩膜层。
（7）.将上述结构放入金属有机化学气相沉积设备反应腔中，将温度升至950℃，控制反应室压力为200mbar，同时通入三甲基镓、氢气和氨气，生长GaN纳米柱；多个GaN纳米柱同步形成于所述凹槽、所述SiO2层3和所述金属掩膜层的通孔中，生长高度高于SiO2层上表面；AlN充满金属掩膜层的通孔，其中，由于上宽下窄的周期性排列的圆台结构限定包围的通孔上窄下宽，因此形成于其中的GaN纳米柱侧壁与下宽的SiO2层3侧壁不接触，形成空气隔离带，有利于光的反射，进而提高紫外LED出光率。
（8）.将上述生长完GaN的衬底放入反应离子刻蚀机中，控制工艺条件，去除Ni金属掩模层上的GaN。
（9）.将去除金属掩模层上的GaN的衬底放入反应离子刻蚀机中，控制工艺条件，去除金属掩模层。（10）.将上述衬底放入清洗机中清洗，得到带有GaN纳米柱的复合衬底。
此设计在后续生长时可直接沉积生长出III族氮化物纳米柱，而无需进行纳米柱的直接刻蚀；该氮化物纳米柱底部宽大，底部的直径略大于体部的直径，使得形成的GaN纳米柱更为稳定；且体部的GaN纳米柱与SiO2层3的通孔侧壁及其它面均不接触，二者形成空气隔离带，更有利于出光。同时此方案避免现有技术中刻蚀方法制备纳米柱时对外延层的损伤，一方面避免出现暗裂纹导致材料缺陷引起位错甚至裂开的情况，另一方面也避免了在刻蚀中出现杂质污染的情况。
本实施例参考实施例1的制备方法制备出禁带宽度更大的GaN纳米柱复合的衬底，由于SiC衬底具有优良的导电性能和导热性能，可以较好地解决功率型GaN LED器件的散热问题。同蓝宝石相比，SiC与GaN的晶格匹配更好，更容易形成表面光滑无裂纹的复合衬底。GaN的折射率与SiO2的折射率差异相比蓝宝石与SiO2的折射率差异更大，因此适合制备正装器件。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (12)
1.一种复合衬底，其特征在于：包括
基底，所述基底上表面靠近中间位置形成一凹槽；
SiO2层，所述SiO2层形成于所述基底上表面且覆盖所述凹糟；其中，覆盖所述凹槽的SiO2层设有周期性排列的通孔；
多个纳米柱，所述多个纳米柱同步形成于所述凹槽和所述SiO2层的通孔；其中，所述纳米柱的宽度小于所述SiO2层的孔径。
2.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述纳米柱上表面高于所述SiO2层的上表面。
3.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述凹槽的深度为0.5μm-10μm；所述凹槽的宽度为1mm-5mm。
4.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述SiO2层的厚度为5nm-100nm；所述通孔的直径为50~1000nm，深度为5~100nm，所述通孔间距为100nm~1000nm。
5.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述纳米柱侧壁与所述SiO2层的通孔侧壁不接触以形成空气隔离带。
6.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述纳米柱为单层的III族氮化物纳米层或交替形成的III族氮化物纳米层；所述III族氮化物选自AlGaN、GaN或AlN中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述多个纳米柱在所述凹槽底部形成梯形形状，所述梯形的高度与所述凹槽的高度相等。
8.一种复合衬底制备方法，其特征在于：
提供一基底，在所述基底上表面靠近中间位置刻蚀一凹槽；
在所述基底上表面形成覆盖所述凹槽的SiO2层，覆盖所述凹槽的SiO2层设有周期性排列的通孔；
将带有周期性排列的通孔的金属掩膜层覆盖于所述SiO2层，所述金属掩膜层的通孔与所述SiO2层的通孔一一对应排列，其中，所述金属掩膜层的通孔小于所述SiO2层的通孔；
在所述凹槽、所述SiO2层和所述金属掩膜层的通孔中同步形成多个纳米柱；其中，所述纳米柱的形成宽度小于所述SiO2层的孔径。
9.根据权利要求8所述的复合衬底制备方法，其特征在于：在所述衬底上表面形成覆盖所述凹槽的SiO2层，覆盖所述凹槽的SiO2层设有周期性排列的通孔具体步骤为：
在所述凹槽内部填充光刻胶，所述光刻胶的填充高度和填充宽度分别等于凹槽的高度和宽度；
在所述基底上表面和所述光刻胶上表面沉积SiO2层，刻蚀所述光刻胶上表面沉积的SiO2层以形成周期性排列的通孔；
去除光刻胶。
10.根据权利要求8所述的复合衬底制备方法，其特征在于：所述金属掩膜层的下表面带有多个纳米级凸出结构以与所述SiO2层形成纳米级中空结构，所述金属掩膜层的通孔与所述SiO2层的通孔形成同心圆台结构。
11.根据权利要求8-10任一所述的复合衬底制备方法，其特征在于：在所述凹槽、所述SiO2层和所述金属掩膜层的通孔中同步形成多个纳米柱具体步骤为：
在所述凹槽、所述SiO2层和所述金属掩膜层的通孔及所述金属掩膜层上同步沉积III族氮化物外延层；
将所述金属掩膜层上的III族氮化物外延层和所述SiO2层上的金属掩膜层完全刻蚀形成多个纳米柱。
12.一种半导体器件，包括权利要求1-7任一复合衬底或包括：通过权利要求8-11任一所述的方法制备的复合衬底。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110364992.6A CN112736173B (zh) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | 一种复合衬底、其制备方法及半导体器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110364992.6A CN112736173B (zh) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | 一种复合衬底、其制备方法及半导体器件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112736173A true CN112736173A (zh) | 2021-04-30 |
| CN112736173B CN112736173B (zh) | 2021-06-29 |
Family
ID=75596422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110364992.6A Active CN112736173B (zh) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | 一种复合衬底、其制备方法及半导体器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112736173B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101443887A (zh) * | 2006-03-10 | 2009-05-27 | Stc.Unm公司 | Gan纳米线的脉冲式生长及在族ⅲ氮化物半导体衬底材料中的应用和器件 |
| CN101443265A (zh) * | 2006-03-08 | 2009-05-27 | 昆南诺股份有限公司 | 在硅上无金属合成外延半导体纳米线的方法 |
| CN103208413A (zh) * | 2012-01-12 | 2013-07-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种可控硅纳米线阵列的制备方法 |
| CN103887390A (zh) * | 2014-01-29 | 2014-06-25 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 图形化蓝宝石衬底及其制作方法、外延片的制作方法 |
| CN104766910A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-07-08 | 中山大学 | 一种GaN纳米线及其制备方法 |
| CN105097439A (zh) * | 2014-05-23 | 2015-11-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种微米铜图形控制硅纳米线精确定位生长的方法 |
| CN106698333A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-24 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种选区外延纳米柱阵列的有序转移方法 |
| CN112331553A (zh) * | 2019-07-16 | 2021-02-05 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 纳米线单片外延集成结构、制作方法与应用 |
| CN112382709A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-02-19 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种防裂纹的AlN外延层制造方法 |
| CN112575378A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-30 | 无锡吴越半导体有限公司 | 一种在hpve生长中实现一次或多次空洞掩埋插入层的方法 |
-
2021
- 2021-04-06 CN CN202110364992.6A patent/CN112736173B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101443265A (zh) * | 2006-03-08 | 2009-05-27 | 昆南诺股份有限公司 | 在硅上无金属合成外延半导体纳米线的方法 |
| CN101443887A (zh) * | 2006-03-10 | 2009-05-27 | Stc.Unm公司 | Gan纳米线的脉冲式生长及在族ⅲ氮化物半导体衬底材料中的应用和器件 |
| CN103208413A (zh) * | 2012-01-12 | 2013-07-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种可控硅纳米线阵列的制备方法 |
| CN103887390A (zh) * | 2014-01-29 | 2014-06-25 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 图形化蓝宝石衬底及其制作方法、外延片的制作方法 |
| CN105097439A (zh) * | 2014-05-23 | 2015-11-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种微米铜图形控制硅纳米线精确定位生长的方法 |
| CN104766910A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-07-08 | 中山大学 | 一种GaN纳米线及其制备方法 |
| CN106698333A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-24 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种选区外延纳米柱阵列的有序转移方法 |
| CN112331553A (zh) * | 2019-07-16 | 2021-02-05 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 纳米线单片外延集成结构、制作方法与应用 |
| CN112382709A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-02-19 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种防裂纹的AlN外延层制造方法 |
| CN112575378A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-30 | 无锡吴越半导体有限公司 | 一种在hpve生长中实现一次或多次空洞掩埋插入层的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112736173B (zh) | 2021-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100669142B1 (ko) | 발광 소자와 이의 제조 방법 | |
| EP2389693B1 (en) | Light emitting diode device and method for manufacturing the same | |
| JP4471726B2 (ja) | 単結晶サファイア基板の製造方法 | |
| JP2007019318A (ja) | 半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法及び半導体発光素子の製造方法 | |
| JP4991828B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の作製方法 | |
| KR20080005495A (ko) | 실리콘 기판상의 ＩｎＧａＡＩＮ 반도체 물질 제조 방법 | |
| CN215070019U (zh) | 图形化复合衬底及其led芯片 | |
| CN114122210B (zh) | 复合衬底led外延结构及其制备方法 | |
| WO2008140254A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor substrate having gan layer | |
| TWI483893B (zh) | 外延襯底 | |
| TW201237928A (en) | High quality devices growth on pixelated patterned templates | |
| CN112802930B (zh) | Iii族氮化物衬底制备方法和半导体器件 | |
| EP2634294A1 (en) | Method for manufacturing optical element | |
| CN112736173B (zh) | 一种复合衬底、其制备方法及半导体器件 | |
| US20130276696A1 (en) | Production method for flat substrate with low defect density | |
| CN109713099B (zh) | 一种图形化蓝宝石衬底结构及其制作工艺 | |
| KR101142082B1 (ko) | 질화물 반도체 기판 및 그 제조 방법과 이를 이용한 질화물반도체 소자 | |
| CN113594342B (zh) | 嵌套金刚石散热层的纳米柱led结构及制备方法 | |
| KR100943092B1 (ko) | 질화물 반도체 발광다이오드 및 이의 제조방법 | |
| WO2022077254A1 (zh) | 微型led结构的制作方法 | |
| KR101645574B1 (ko) | 3족 질화물 반도체층을 성장하는 방법 | |
| CN114335280A (zh) | 一种适用于uvc-led的纳米级图形化蓝宝石衬底结构及制作方法 | |
| KR20140073646A (ko) | 단결정 질화갈륨 기판 및 그 제조 방법 | |
| KR101364168B1 (ko) | 발광 소자용 기판 제조방법 | |
| JP6226681B2 (ja) | Ｌｅｄ素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |