CN114744088A - 一种图形化偏角硅衬底及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图形化偏角硅衬底及其制备方法，本发明的制备方法是在偏角硅衬底的表面设有横向隔离带和纵向隔离带，这些相互平行或相互垂直的隔离带把偏角硅衬底分割成多个方块作为生长平台，隔离带的成分为SiO2或SiN，而且隔离带上不易生长GaN层，隔离带的方向与偏角硅衬底的参考边晶向形成设定的夹角，从而减少了氮化镓薄膜受到的应力，使平台内的氮化镓薄膜发光更加均匀，提高了外延可使用面积，从而进一步提高硅基III‑V族外延薄膜的外延良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种图形化偏角硅衬底及其制备方法。
背景技术
发光二极管具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源等领域。发光二极管的外延片是由衬底和外延层组成，由于常用衬底的晶格常数与外延层的晶格常数差别较大，所以一般是通过采用不同的外延层结构来调控应力。
硅衬底由于制造工艺成熟、价格低廉、尺寸大、易于剥离，在micro-LED以及III-V氮化物生长方面越来越受到人们广泛的关注。但是采用硅作为衬底时生长高晶体质量GaN薄膜难度较大，这是因为硅衬底与GaN薄膜的晶格失配以及热失配比较大，在生长过程中容易引入巨大的应力，导致在硅衬底上生长外延薄膜时容易出现弯曲、裂纹等现象。
目前，业界使用改善外层应力的方法有很多种，如插入氮化铝（AlN）及AlGaN等缓冲层，如CN 103849853 A，通过调节氮化铝缓冲层的V/III比和生长温度形成多层氮化铝，能够制备出低位错密度应力的氮化镓（GaN）薄膜；也有通过对硅衬底进行图形化，如CN103400913 A，在硅衬底的表面加工有条状隔离带，条状隔离带由相互垂直、宽度相同的纵隔离带和横隔离带构成，减少边缘裂纹。
南昌大学的高江东老师在“硅基氮化镓含V形坑LED三维p-n结特性研究”一文中指出图形化硅衬底生长的氮化镓薄膜通常会产生三种边界，如图1所示：其中边界A与边界C在锌铅矿晶体结构对称性下是两个等价边界，它们是氮化镓薄膜在衬底上自由生长而新形成的；边界B是一个由于掩膜边界约束而产生的。图形化衬底时采用不同的掩膜方向会产生的不同方向的边界，而不同的边界具有不同的生长速率，现有的图形化硅衬底技术，并没有考虑可以通过改变掩膜产生的隔离带与偏角硅衬底参考边之间的夹角，进一步调控减少氮化镓薄膜应力，使平台发光更加均匀，提高外延可使用面积，从而进一步提高良率。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种用于生长III-V族氮化物的图形化偏角硅衬底。
本发明的第二个目的在于提供一种用于生长III-V族氮化物的图形化偏角硅衬底的制备方法，该制备方法是在偏角硅衬底的表面设有横向隔离带和纵向隔离带，这些隔离带把偏角硅衬底分割成多个方块，隔离带之间相互平行或相互垂直，其中隔离带的方向与偏角硅衬底的参考边晶向形成一定的夹角，从而减少了外延层受到的应力，使平台内的外延薄膜发光更加均匀，提高硅基III-V族外延薄膜的外延良率。
本发明的第一个目的是这样实现的：
一种图形化偏角硅衬底，包括偏角硅衬底，特征是：在偏角硅衬底的表面设有凸起于偏角硅衬底上表面且由生长抑制层构成的隔离带，隔离带由互相垂直的横向隔离带和纵向隔离带构组成，横向隔离带和纵向隔离带将偏角硅衬底的上表面分割成多个方块状的生长平台。
所述生长抑制层为SiO2层或者SiN层。
所述隔离带的一个方向与偏角硅衬底的参考边晶向方向的夹角为0--60度。
所述偏角硅衬底的参考边晶向方向偏离Si<111>方向±2度。
所述隔离带的凸起形状为矩形长条状。
所述隔离带的高度为0.01μm-0.5μm。
本发明的第二个目的是这样实现的：
一种图形化偏角硅衬底的制备方法，步骤如下：
步骤1：在偏角硅衬底的表面上先沉积生长一层生长抑制层；
步骤2：在步骤1得到的生长抑制层的表面上旋涂一层光刻胶，利用一掩膜版图形化偏角硅衬底，图形化中的横向隔离带和纵向隔离带把偏角硅衬底分割成若干个作为生长平台的方块，形成图形化衬底，并同时去除方块上的光刻胶；
步骤3：用氢氟酸溶液刻蚀掉方块上的生长抑制层，露出生长平台；
步骤4：用丙酮溶液将横向隔离带和纵向隔离带上的光刻胶去除，横向隔离带和纵向隔离带均为生长抑制层，制得图形化偏角硅衬底。
所述生长抑制层为SiO2层或者SiN层。
步骤2中：横向隔离带和纵向隔离带之间相互垂直，若干个横向隔离带之间、若干个纵向隔离带之间相互平行，横向隔离带、纵向隔离带带与偏角硅衬底的参考边晶向的夹角为0-60度，其中偏角硅衬底的参考边晶向的方向偏离Si<111>方向±2度。
本发明的制备方法是在偏角硅衬底的表面设有横向隔离带和纵向隔离带，这些相互平行或相互垂直的隔离带把偏角硅衬底分割成多个方块作为生长平台，隔离带的成分为SiO2或SiN，而且隔离带上不易生长GaN层，隔离带的方向与偏角硅衬底的参考边晶向形成设定的夹角，从而减少了氮化镓薄膜受到的应力，使平台内的氮化镓薄膜发光更加均匀，提高了外延可使用面积，从而进一步提高硅基III-V族外延薄膜的外延良率。
附图说明
图1是图形化硅（111）面上氮化镓薄膜形貌示意图；
图2是图1的侧视示意图，图中：10-Si衬底；11-隔离带；12-生长平台；
图3是图1的平面示意图，图中：10-Si衬底；11-隔离带；12-生长平台；
图4是隔离带与偏角衬底参考边晶向方向0度外延片荧光效果图；
图5是隔离带与偏角衬底参考边晶向方向夹角30度外延片荧光效果图；
图6是隔离带与偏角衬底参考边晶向方向夹角45度外延片荧光效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对并对照附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图2所示：一种图形化偏角硅衬底，包括偏角硅衬底10，在偏角硅衬底10的表面设有凸起于偏角硅衬底10上表面且由生长抑制层构成的隔离带11，隔离带11由互相垂直的横向隔离带21和纵向隔离带22构成，如图3所示，横向隔离带21和纵向隔离带22将偏角硅衬底10的上表面分割成多个方块状的生长平台12，所述生长抑制层为SiO2层。
所述隔离带11的一个方向与偏角硅衬底10的参考边晶向方向的夹角为0度。
所述偏角硅衬底10的参考边晶向方向偏离Si<111>方向±2度。
所述隔离带11的凸起形状为矩形长条状。
所述隔离带11的高度为0.01μm。
一种图形化偏角硅衬底的制备方法，步骤如下：
步骤1：在偏角硅衬底10的表面上先沉积生长一层生长抑制层，所述生长抑制层为SiO2层；
步骤2：在步骤1得到的生长抑制层的表面上旋涂一层光刻胶，利用一掩膜版图形化偏角硅衬底10，图形化中的横向隔离带21和纵向隔离带22把偏角硅衬底10分割成若干个作为生长平台12的方块，形成图形化衬底，并同时去除方块上的光刻胶，隔离带11的方向与偏角硅衬底10的参考边晶向形成的夹角为0度；
步骤3：用氢氟酸溶液刻蚀掉方块上的生长抑制层，露出生长平台12；
步骤4：用丙酮溶液将横向隔离带21和纵向隔离带22上的光刻胶去除，横向隔离带21和纵向隔离带22均为生长抑制层，制得图形化偏角硅衬底。
步骤2中：横向隔离带21和纵向隔离带22之间相互垂直，若干个横向隔离带21之间、若干个纵向隔离带22之间相互平行，横向隔离带或纵向隔离带与偏角硅衬底的参考边晶向的夹角为0度，其中偏角硅衬底的参考边晶向的方向偏离Si<111>方向±2度。
在本实施例中，采用SiO2作为生长抑制层，可以确保GaN不容易在隔离带11上生长，主要在生长平台上12进行外延生长，从而形成有利于分割平台，而不同的分割方向可以不同程度上减少薄膜受到的应力，减少裂纹。
实施例2：
如图2所示：一种图形化偏角硅衬底，包括偏角硅衬底10，在偏角硅衬底10的表面设有凸起于偏角硅衬底10上表面且由生长抑制层构成的隔离带11，隔离带11由互相垂直的横向隔离带21和纵向隔离带22构成，横向隔离带21和纵向隔离带22将偏角硅衬底10的上表面分割成多个方块状的生长平台12，所述生长抑制层为SiN层。
所述隔离带11的一个方向与偏角硅衬底10的参考边晶向方向的夹角为30度。
所述偏角硅衬底10的参考边晶向方向偏离Si<111>方向±2度。
所述隔离带11的凸起形状为矩形长条状。
所述隔离带11的高度为0.1μm。
一种图形化偏角硅衬底的制备方法，步骤如下：
步骤1：在偏角硅衬底10的表面上先沉积生长一层生长抑制层，所述生长抑制层为SiN层；
步骤2：在步骤1得到的生长抑制层的表面上旋涂一层光刻胶，利用一掩膜版图形化偏角硅衬底10，图形化中的横向隔离带21和纵向隔离带22把偏角硅衬底10分割成若干个作为生长平台12的方块，形成图形化衬底，并同时去除方块上的光刻胶，隔离带11的方向与偏角硅衬底10的参考边晶向形成的夹角为30度；
步骤3：用氢氟酸溶液刻蚀掉方块上的生长抑制层，露出生长平台12；
步骤4：用丙酮溶液将横向隔离带21和纵向隔离带22上的光刻胶去除，横向隔离带21和纵向隔离带22均为生长抑制层，制得图形化偏角硅衬底。
步骤2中：横向隔离带21和纵向隔离带22之间相互垂直，若干个横向隔离带21之间、若干个纵向隔离带22之间相互平行，横向隔离带或纵向隔离带带与偏角硅衬底的参考边晶向的夹角为30度，其中偏角硅衬底的参考边晶向的方向偏离Si<111>方向±2度。
在本实施例中，采用SiN作为生长抑制层，可以确保GaN不容易在隔离带11上生长，主要在生长平台上12进行外延生长，从而形成有利于分割的平台，而不同的分割方向可以不同程度上减少薄膜受到的应力，减少裂纹。
实施例3：
如图3所示：一种图形化偏角硅衬底，包括偏角硅衬底10，在偏角硅衬底10的表面设有凸起于偏角硅衬底10上表面且由生长抑制层构成的隔离带11，隔离带11由互相垂直的横向隔离带21和纵向隔离带22构成，横向隔离带21和纵向隔离带22将偏角硅衬底10的上表面分割成多个方块状的生长平台12，所述生长抑制层为SiO2层。
所述隔离带11的一个方向与偏角硅衬底10的参考边晶向方向的夹角为45度。
所述偏角硅衬底10的参考边晶向方向偏离Si<111>方向±2度。
所述隔离带11的凸起形状为矩形长条状。
所述隔离带11的高度为0.5μm。
一种图形化偏角硅衬底的制备方法，步骤如下：
步骤1：在偏角硅衬底10的表面上先沉积生长一层生长抑制层，所述生长抑制层为SiO2层；
步骤2：在步骤1得到的生长抑制层的表面上旋涂一层光刻胶，利用一掩膜版图形化偏角硅衬底10，图形化中的横向隔离带21和纵向隔离带22把偏角硅衬底10分割成若干个作为生长平台12的方块，形成图形化衬底，并同时去除方块上的光刻胶，隔离带11的方向与偏角硅衬底10的参考边晶向形成的夹角为45度；
步骤3：用氢氟酸溶液刻蚀掉方块上的生长抑制层，露出生长平台12；
步骤4：用丙酮溶液将横向隔离带21和纵向隔离带22上的光刻胶去除，横向隔离带21和纵向隔离带22均为生长抑制层，制得图形化偏角硅衬底。
步骤2中：横向隔离带21和纵向隔离带22之间相互垂直，若干个横向隔离带21之间、若干个纵向隔离带22之间相互平行，横向隔离带或纵向隔离带带与偏角硅衬底的参考边晶向的夹角为45度，其中偏角硅衬底的参考边晶向的方向偏离Si<111>方向±2度。
在本实施例中，采用SiO2作为生长抑制层，可以确保GaN不容易在隔离带11上生长，主要在平台上12进行外延生长。从而形成有利于分割的平台，而不同的分割方向可以不同程度上减少薄膜受到的应力，减少裂纹。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种图形化偏角硅衬底，包括偏角硅衬底，其特征在于：在偏角硅衬底10的表面设有凸起于偏角硅衬底上表面且由生长抑制层构成的隔离带，隔离带由互相垂直的横向隔离带和纵向隔离带构组成，横向隔离带和纵向隔离带将偏角硅衬底的上表面分割成多个方块状的生长平台。
2.根据权利要求1所述的图形化偏角硅衬底，其特征在于：所述生长抑制层为SiO2层或者SiN层。
3.根据权利要求1所述的图形化偏角硅衬底，其特征在于：所述隔离带的一个方向与偏角硅衬底的参考边晶向方向的夹角为0--60度。
4.根据权利要求1或3所述的图形化偏角硅衬底，其特征在于：所述偏角硅衬底的参考边晶向方向偏离Si<111>方向±2度。
5.根据权利要求1所述的图形化偏角硅衬底，其特征在于：所述隔离带的凸起形状为矩形长条状。
6.根据权利要求1或5所述的图形化偏角硅衬底，其特征在于：所述隔离带的高度为0.01μm-0.5μm。
7.一种图形化偏角硅衬底的制备方法，步骤如下：
步骤1：在偏角硅衬底的表面上先沉积生长一层生长抑制层；
步骤2：在步骤1得到的生长抑制层的表面上旋涂一层光刻胶，利用一掩膜版图形化偏角硅衬底，图形化中的横向隔离带和纵向隔离带把偏角硅衬底分割成若干个作为生长平台的方块，形成图形化衬底，并同时去除方块上的光刻胶，隔离带的方向与偏角硅衬底的参考边晶向形成设定的夹角；
步骤3：用氢氟酸溶液刻蚀掉方块上的生长抑制层，露出生长平台；
步骤4：用丙酮溶液将横向隔离带和纵向隔离带上的光刻胶去除，横向隔离带和纵向隔离带均为生长抑制层，制得图形化偏角硅衬底。
8.根据权利要求7所述的种图形化偏角硅衬底的制备方法，其特征在于：所述生长抑制层为SiO2层或者SiN层。
9.根据权利要求7所述的种图形化偏角硅衬底的制备方法，其特征在于：横向隔离带和纵向隔离带之间相互垂直，若干个横向隔离带之间、若干个纵向隔离带之间相互平行，横向隔离带或纵向隔离带带与偏角硅衬底的参考边晶向的夹角为0-60度，其中偏角硅衬底的参考边晶向的方向偏离Si<111>方向±2度。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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