專利名稱：ICP刻蝕GaN基多量子阱制備納米陣列圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電器件領(lǐng)域，具體是指ICP刻蝕GaN基多量子阱制備納米陣列圖形。
背景技術(shù)：
III族氮化物材料因其帶隙可從0.7ev到6.2ev連續(xù)可調(diào)的特性，加之直接帶隙對(duì)與光電應(yīng)用的優(yōu)越性，使其成為發(fā)展近紅外-可見(jiàn)光-紫外波段半導(dǎo)體光電器件的最優(yōu)材料之一。近年來(lái)，隨著對(duì)氮化鎵材料的廣泛研究和應(yīng)用，藍(lán)紫光發(fā)光二極管(LED)、高遷移率晶體管材料的制備技術(shù)已相對(duì)較成熟，GaN基第三代半導(dǎo)體材料和器件也已逐步走向產(chǎn)業(yè)化1'2'3。但是目前氮化鎵發(fā)光二極管面臨著諸多問(wèn)題，例如如何提高GaN基LED的發(fā)光效率和降低其的使用成本是該領(lǐng)域所需面對(duì)的重要課題。直接影響LED發(fā)光效率的就是LED晶粒的取出效率，據(jù)司乃耳定律(Snell’s law)[4，當(dāng)光線由折射率較高介質(zhì)入射至折射率較低介質(zhì)時(shí)，入射角大于臨界角的光線，將會(huì)被反射回原介質(zhì)當(dāng)中。對(duì)于LED晶粒而言，晶粒材料折射率必然高于外層的封裝材料(環(huán)氧樹(shù)脂或是硅膠)，因此晶粒中發(fā)光層所發(fā)出的光線，僅有小于臨界角的光線有機(jī)會(huì)離開(kāi)晶粒，而大于脫離角的光線，將被反射回晶粒中而被材料再吸收，這樣的現(xiàn)象稱為內(nèi)全反射。為減少全反射損失，提高LED提取效率，表面粗化技術(shù)因其制作工業(yè)簡(jiǎn)單而被普遍看好，其無(wú)需光子晶體的嚴(yán)格結(jié)構(gòu)尺寸，而且制作方法也較多。同時(shí)，具有高縱橫比且表面積較大的GaN納米柱可以有效地減少納米柱上部的錯(cuò)位密度5，并且小尺寸的納米柱可以有效地減少由于熱膨脹不匹配導(dǎo)致的裂縫，這對(duì)于解決GaN在大型襯底上生長(zhǎng)導(dǎo)致的較大的不匹配度有著突出的作用6。專利201010018325.4提供了一種表面多孔的GaN基片的制備方法7，主要采用工藝簡(jiǎn)單、高腐蝕速率的腐蝕方法，在GaN基片表面直接獲得多空結(jié)構(gòu)，但該技術(shù)無(wú)法嚴(yán)格控制腐蝕后的孔洞大小、密度、深度等，使得基片無(wú)法大規(guī)模均勻分布這些孔。T.Fujiji8等人利 用激光剝離、納米壓印和自然光刻方法來(lái)增強(qiáng)GaN的表面粗化度，以提高出光效率，但是該種方法成本較高并且不易剝離，剝離后的納米圖形尺寸較小。專利201010136249.7涉及一種GaN基圖形襯底模板制備的方法9，通過(guò)旋涂法或提拉法將微球鋪設(shè)在GaN基模板表面，形成單分子層結(jié)構(gòu)的微球?qū)樱偻ㄟ^(guò)化學(xué)濕法腐蝕、ICP或RIE干法刻蝕方法轉(zhuǎn)移圖形。該方法成本較低，但是其單層小球在實(shí)際操作中不易實(shí)現(xiàn)且圖形間距會(huì)因球的大小而固定，無(wú)法改變。ICP刻蝕是在電感耦合高能高頻電磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生輝光放電，使得具有較高動(dòng)能的離子可以在電場(chǎng)的影響下轟擊材料，起到刻蝕作用，同時(shí)轟擊吸附表面，使得阻擋刻蝕進(jìn)一步進(jìn)行的反應(yīng)生成物脫附表面，促進(jìn)基片表面的化學(xué)反應(yīng)及去除基片表面的非揮發(fā)性殘留物。ICP刻蝕過(guò)程中存在復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程，物理作用將對(duì)基片材料和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大損傷，而化學(xué)過(guò)程的缺陷是刻蝕各向同性。針對(duì)GaN基多量子阱的刻蝕，之前的報(bào)道均將ICP刻蝕簡(jiǎn)單表述成各個(gè)參數(shù)一次性設(shè)定，而未涉及如何減少有源區(qū)損傷的刻蝕，本發(fā)明提供了獨(dú)特的兩步法ICP刻蝕，即先進(jìn)行高電壓短時(shí)間大氣流偏重物理過(guò)程的刻蝕，隨后進(jìn)行低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流偏化學(xué)過(guò)程的刻蝕。參考文獻(xiàn)[I]ZHU Li hong, LIU Bao lin,et al.Study of Optical Characteristics ofInGaN/GaN MQff LED Depended on Growth Temperature.SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS，2008, Vol.29, N0.2:165-169.
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[7]專利號(hào):201010018325.4表明多孔的GaN基片的制備方法及由所述制備方法得到的GaN基片張榮陳鵬謝自力等[8]T.Fujii, Y.Gao, R.Sharma, E.L.Hu, S.P.DenBaars, and S.Nakamura, Appl.Phys.Lett., Vol.84, (2004).
[9]專利號(hào):201010136249.7GaN基圖形襯底模板的制備方法張佰君衛(wèi)靜婷饒文
濤

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于 ，針對(duì)現(xiàn)有的GaN基LED薄膜材料的表面粗化技術(shù)存在的不足，提出了一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、損傷較低刻蝕出納米量級(jí)的圓柱陣列引入量子限域效應(yīng)將有助于提高LED器件發(fā)光效率。本發(fā)明通過(guò)金屬自組裝納米點(diǎn)作為掩模以及(兩步法)ICP刻蝕制作InGaN/GaN多量子阱材料納米圖形結(jié)構(gòu)，以此來(lái)導(dǎo)入并進(jìn)一步增強(qiáng)量子局域效應(yīng)，并通過(guò)表面粗化以減少全反射損失，提高LED量子提取效率。ICP刻蝕GaN基多量子阱制備納米陣列圖形的方法，包括以下步驟:步驟1:取一襯底，襯底的材料為硅、藍(lán)寶石或氮化鎵，襯底的表面為平整面、平面上設(shè)有微圖形PSS或者納米圖形；步驟2:在襯底依次外延生長(zhǎng)GaN緩沖層，η型GaN層、InGaN/GaN量子阱層和P型GaN,形成初步的GaN基片；襯底依次采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相法沉積方法外延生長(zhǎng)，其中Ga源、In源和N源分別為三甲基鎵、三甲基銦和液氨；量子阱層是交替生長(zhǎng)的銦鎵氮/氮化鎵，量子阱層整個(gè)厚度約50nm-200nm，周期數(shù)為2_10 ；步驟3:在GaN基片上采用PVD進(jìn)行蒸鍍金屬層；其中金屬蒸鍍材料為N1、Ag、Au或其組合物；
步驟4:對(duì)蒸鍍生長(zhǎng)金屬層的基片進(jìn)行高溫退火，GaN基片上金屬層形成納米球狀金屬小顆粒圖形；步驟5:以納米球狀金屬小顆粒圖形做掩模，利用ICP刻蝕工藝，刻蝕GaN基片直至η型GaN層或部分η型GaN層；納米球狀金屬小顆粒尺寸為40_200nm，其圖形的形狀為矩形、圓形、菱形或多邊形；以納米球狀金屬小顆粒圖形層作掩模，采用兩步法ICP刻蝕技術(shù)，刻蝕基片上P型GaN層、InGaN/GaN量子講層、部分η型GaN層,形成納米圓柱圖形結(jié)構(gòu)；步驟6:用配比酸類溶液清洗刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)，去除圖形結(jié)構(gòu)表面的金屬顆粒。ICP刻蝕工藝為兩步法ICP干法刻蝕工藝，分別經(jīng)過(guò)高電壓短時(shí)間大氣流和低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流的兩個(gè)連續(xù)步驟；所述兩步法ICP刻蝕氣體均為Cl2和BClJg和氣體，第一步先進(jìn)行高電壓短時(shí)間大氣流偏重物理過(guò)程的刻蝕，第二步進(jìn)行低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流偏化學(xué)過(guò)程的刻蝕,刻蝕基片直至部分η型GaN層；其中每一步刻蝕時(shí)間、氣體流量、腔體氣壓、DC偏壓以及ICP功率都是影響GaN納米圓柱質(zhì)量的至關(guān)重要的因素；第一步工藝條件設(shè)置如下:(:12和此13流量分別為45±208(3011和8±28(3011，腔體氣壓:10±2mTorr，DC 偏壓:300±40V(RF 功率 30±5w)，ICP 功率:300±40W (頻率 13.56MHz)，刻蝕時(shí)間:30±4 秒。第二步工藝設(shè)置如下:Cl2 和 BCl3 流量分別為 24±4sccm 和 4±2sccm。腔體氣壓:6mTorr，DC 偏壓:60±20V (RF功率10±2w)，ICP功率:600±20W (頻率13.56MHz)，刻蝕時(shí)間:8分鐘。兩步ICP刻蝕工藝刻蝕總深度500nm。ICP兩步法刻蝕GaN基多量子阱制備納米陣列圖形的方法，包括以下步驟:步驟1:取一襯底；襯底的材料可為硅、藍(lán)寶石或氮化鎵，襯底的表面可以為平整面、平面上設(shè)有微圖形PSS或者納米圖形。步驟2:在襯底依次外延生長(zhǎng)GaN緩沖層，η型GaN層、量子阱層和P型GaN，形成初步的GaN基片；襯底依次采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相法沉積方法外延生長(zhǎng)的，其中Ga源、In源和N源分別為三甲基鎵、三甲基銦和液氨；量子阱層是交替生長(zhǎng)的銦鎵氮/氮化鎵，整個(gè)厚度約50nm-200nm，周期數(shù)為2-10。步驟3:在GaN基片上采用PVD進(jìn)行蒸鍍金屬層；其中金屬蒸鍍材料為N1、Cr、Ag或Au,或其組合物。步驟4:對(duì)生長(zhǎng)了金屬層的基片進(jìn)行高溫退火，GaN基片上金屬層形成納米球狀金屬小顆粒圖形；步驟5:以納米圖形做掩模，利用獨(dú)特的兩步法ICP刻蝕工藝，刻蝕基片直至部分η型GaN層；納米球狀金屬小顆粒尺寸為40-200nm，其圖形的形狀為矩形、圓形、菱形或多邊形。以納米圖形層7作掩模，采用兩步法ICP刻蝕技術(shù)，刻蝕基片上P型GaN層6、InGaN/GaN量子阱層5，部分η型GaN層4，形成納米圓柱圖形結(jié)構(gòu)。步驟6:用配比酸類溶液清洗刻蝕后結(jié)構(gòu)，去除結(jié)構(gòu)表面的金屬顆粒。ICP干法刻蝕工藝分別經(jīng)過(guò)高電壓短時(shí)間大氣流、低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流的兩個(gè)連續(xù)步驟。所述兩步法ICP刻蝕氣體為Cl2和BCl3混和氣體，第一步先進(jìn)行高電壓短時(shí)間大氣流偏重物理過(guò)程的刻蝕，第二步進(jìn)行低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流偏化學(xué)過(guò)程的刻蝕，刻蝕基片直至部分η型GaN層.其中每一部分刻蝕時(shí)間、氣體流量、腔體氣壓、DC偏壓以及ICP功率都是影響GaN納米圓柱質(zhì)量的至關(guān)重要的因素。所述采用PVD金屬蒸鍍后的基片在高溫高純度氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行退火，形成金屬納米顆粒7 (如圖3所示)。針對(duì)Ni膜，通過(guò)調(diào)節(jié)退火溫度500-550°C、退火時(shí)間5_20min，其退火時(shí)間以及金屬層厚度可以對(duì)金屬小顆粒尺寸進(jìn)行調(diào)控，形成納米圖形層7，本發(fā)明的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒尺寸可從50-200nm的圖形層。金屬顆粒的大小、分布密度都將是影響GaN基LED出光效率的關(guān)鍵要素。本發(fā)明GaN基多量子阱納米發(fā)光陣列器件也可以是:在藍(lán)寶石襯底上依次外延生長(zhǎng)GaN緩沖層，η型GaN層、3_8個(gè)周期的GaN/InGaN量子阱層和P型GaN，形成初步的GaN基片。進(jìn)一步，可以考慮從減小基片的吸收系數(shù)和提聞晶體質(zhì)量，同時(shí)也可以在納米柱的側(cè)壁上用Ag做熱點(diǎn)，使得等離激元效果更加集中，從而充分的改善發(fā)光效率。另一個(gè)方面，利用表面等離激元，在InGaN/GaN LED中利用亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生異常光傳輸現(xiàn)象，這樣可以使得原本被全反射束縛的大量光子能透過(guò)亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)輻射出去，同時(shí)也能激發(fā)表面等離激元模式，和半導(dǎo)體中的發(fā)光結(jié)構(gòu)相互耦合，對(duì)其自發(fā)輻射強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。這樣就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)提取效率和內(nèi)量子效率的提聞。本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)PVD金屬蒸鍍后調(diào)節(jié)退火溫度、時(shí)間對(duì)金屬小顆粒尺寸進(jìn)行調(diào)控；再通過(guò)ICP刻蝕是在電感耦合高能高頻電磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生輝光放電，使得具有較高動(dòng)能的離子可以在電場(chǎng)的影響下轟擊材料，起到刻蝕作用，同時(shí)轟擊吸附表面，使得阻擋刻蝕進(jìn)一步進(jìn)行的反應(yīng)生成物脫附表面，促進(jìn)基片表面的化學(xué)反應(yīng)及去除基片表面的非揮發(fā)性殘留物。本發(fā)明提供了獨(dú)特的兩步法ICP刻蝕，即先進(jìn)行高電壓短時(shí)間大氣流偏重物理過(guò)程的刻蝕，隨后進(jìn)行低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流偏化學(xué)過(guò)程的刻蝕。本發(fā)明可大大減少有源區(qū)損傷的刻蝕。該兩步法可有效減少ICP刻蝕所引起的損失，使刻蝕后的納米圖形實(shí)現(xiàn)大規(guī)模均勻分布。


圖1是已通過(guò)MOCVD法生長(zhǎng)的InGaN/GaN多量子阱示意圖，其中I為藍(lán)寶石襯底，2為低溫GaN緩沖層，3為非摻雜GaN層，4為η型GaN層，5為InGaN/GaN量子阱層，6為p型GaN層；圖2是通過(guò)對(duì)基片采用PVD技術(shù)進(jìn)行金屬蒸鍍，其中7為蒸鍍后的金屬薄膜；圖3是經(jīng)過(guò)高溫高純氮?dú)猸h(huán)境下退火后的基片，其中圖2所示的金屬薄膜7退火后形成球狀金屬顆粒小球8 ；圖4是將具有納米圖形的GaN基片采用ICP工藝刻蝕的結(jié)構(gòu)示意圖，即以圖3所述的金屬小顆粒為掩模進(jìn)行獨(dú)特的兩步法ICP刻蝕，刻蝕深度將直至部分η型GaN層；圖5是采用配比酸類溶液對(duì)刻蝕后結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗，去除GaN基片表面的金屬顆粒8后的結(jié)構(gòu)不意圖；圖6是InGaN/GaN量子阱樣品光致發(fā)光(PL)圖譜，是在相同激發(fā)功率325nm激光條件下所得曲線。其中紅色(淺色)表示納米陣列結(jié)構(gòu)(ICP刻蝕后)的PL發(fā)光強(qiáng)度曲線，黑色表示薄膜結(jié)構(gòu)(ICP刻蝕前)的PL發(fā)光強(qiáng)度曲線。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1-圖5所示，本發(fā)明提供一種GaN基多量子阱納米發(fā)光陣列器件，包括以下步驟:步驟1:取一襯底I (參閱圖1)，所述襯底I的材料可以為硅、藍(lán)寶石或者氮化鎵，其表面可平面或微圖形PSS，或者納米圖形。步驟2:采用MOCVD在襯底I上依次外延生長(zhǎng)GaN緩沖層2、厚度約10_50nm、非摻雜GaN層3、厚度約10-50nm、η型GaN層4、厚度約10_50nm、InGaN/GaN量子阱層5和p型GaN層6、厚度分別約10-50nm，形成圖1所示的基片(參照?qǐng)D1)。其中InGaN/GaN量子阱層5是交替生長(zhǎng)的銦鎵氮/氮化鎵，整個(gè)厚度約lOOnm，周期數(shù)為3、5、8均可。襯底采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相法沉積方法外延生長(zhǎng)的，其中Ga源、In源和N源分別為三甲基鎵、三甲基銦和液氨。步驟3:在圖1所示的P型GaN層6上利用物理氣相淀積即PVD技術(shù)在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場(chǎng)的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上。圖2所示的7為真空蒸發(fā)后P型GaN層6上均勻生長(zhǎng)的金屬薄膜，該金屬薄膜材質(zhì)可為Au、Ag、Ni等。實(shí)施例中金屬薄膜材質(zhì)為Ni。PVD金屬蒸鍍的時(shí)間對(duì)金屬薄膜厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。步驟4:對(duì)圖2所述采用PVD金屬蒸鍍后的基片在高溫高純度氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行退火，形成金屬納米顆粒7 (如圖3所示)。針對(duì)Ni膜，通過(guò)調(diào)節(jié)退火溫度500-550°C、退火時(shí)間5-20min，退火時(shí)間以及金屬層厚度可以對(duì)金屬小顆粒尺寸進(jìn)行調(diào)控，形成納米圖形層
7。本發(fā)明的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒尺寸可從50-200nm的圖形層。金屬顆粒的大小、分布密度都將是影響GaN基LED出光效率的關(guān)鍵要素。步驟5:以納米圖形層7作掩模，采用兩步法ICP刻蝕技術(shù)，刻蝕基片上P型GaN層6、InGaN/GaN量子阱層5，部分η型GaN層4，形成納米圓柱圖形結(jié)構(gòu)(如圖4)所示。本發(fā)明所述兩步法ICP刻蝕氣體為Cl2和BCl3混合氣體，第一步先進(jìn)行高電壓短時(shí)間大氣流偏重物理過(guò)程的刻蝕，第二步進(jìn)行低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流偏化學(xué)過(guò)程的刻蝕，刻蝕基片直至部分η型GaN層.其中每一部分刻蝕時(shí)間、氣體流量、腔體氣壓、DC偏壓以及ICP功率都是影響GaN納米圓柱質(zhì)量的至關(guān)重要的因素。第一步(首步)工藝條件設(shè)置如下:(:12和此13流量分別為45±208(3011和8±28(3011，腔體氣壓:10±2mTorr，DC偏壓:300±40V(RF 功率 30±5w)，ICP 功率:300±40W (頻率 13.56MHz)，刻蝕時(shí)間:30±4 秒。第二步(后步)工藝設(shè)置如下:Cl2 和 BCl3 流量分別為 24±4sccm 和 4±2sccm。腔體氣壓:6mTorr, DC 偏壓:60±20V (RF功率10±2w)，ICP功率:600±20W (頻率13.56MHz)，刻蝕時(shí)間:8分鐘。兩步ICP刻蝕工藝刻蝕總深度500nm。步驟6:清洗圖形化的基片以去除結(jié)構(gòu)表面的金屬顆粒8 (如圖5所示)，本發(fā)明采用配比鹽酸來(lái)清洗。實(shí)施例參照?qǐng)D1-圖5所示，本發(fā)明提供一種GaN基多量子阱納米發(fā)光陣列器件，包括以下步驟:步驟1:取一藍(lán)寶石襯底I，襯底的厚度為300um。步驟2:采用Thomas Swan MOCVD在藍(lán)寶石襯底I上外延生長(zhǎng)30nm厚度的GaN緩沖層2，2um厚的非摻雜GaN層3，500nm厚的η型GaN層4，IOOnm厚的InGaN/GaN量子阱層5和200nm厚P型GaN層6，其中InGaN/GaN量子阱層5是交替生長(zhǎng)的銦鎵氮/氮化鎵，整個(gè)厚度約lOOnm，周期數(shù)為5，其中In組分為0.18。Ga源、In源和N源分別為三甲基鎵、三甲基銦和液氨(藍(lán)氨)。步驟3:在P型GaN層6上采用PVD技術(shù)進(jìn)行Ni金屬的PVD真空蒸鍍，形成Ni金屬層7，GaN層6表面均勻生長(zhǎng)了 4nm厚度的Ni金屬層。步驟4:把Ni金屬蒸鍍薄膜置于800度高溫高純度氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行退火三分鐘，形成納米球狀金屬小顆粒，納米顆粒直徑約lOOnm。通過(guò)控制退火溫度、退火時(shí)間以及金屬層厚度可以對(duì)金屬小顆粒尺寸進(jìn)行調(diào)控。步驟5:采用ICP技術(shù)對(duì)上述圖形基片進(jìn)行刻蝕，采用獨(dú)特的兩步法刻蝕工藝。第一步(首步)工藝條件設(shè)置如下:Cl2 和 BCl3 流量分別為 48sccm 和 8sccm,腔體氣壓:10mTorr，DC 偏壓:300V，ICP功率是300W，刻蝕30秒。 第二步(后步)工藝設(shè)置如下:Cl2 和 BCl3 流量分別為 24sccm 和 4sccm。腔體氣壓:6mTorr，DC 偏壓:60V，ICP 功率是600W，刻蝕8分鐘。兩步ICP刻蝕工藝刻蝕總深度500nm。步驟6:配比1:1鹽酸溶液對(duì)刻蝕后極片結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗I分鐘，以去除結(jié)構(gòu)表面的Ni金屬顆粒。綜上，該實(shí)施例僅為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方法，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.1CP刻蝕GaN基多量子阱制備納米陣列圖形的方法，其特征是包括以下步驟: 步驟1:取一襯底，襯底的材料為硅、藍(lán)寶石或氮化鎵，襯底的表面為平整面、平面上設(shè)有微圖形PSS或者納米圖形； 步驟2:在襯底依次外延生長(zhǎng)GaN緩沖層，η型GaN層、InGaN/GaN量子阱層和P型GaN,形成初步的GaN基片；襯底依次采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相法沉積方法外延生長(zhǎng)，其中Ga源、In源和N源分別為三甲基鎵、三甲基銦和液氨；量子阱層是交替生長(zhǎng)的銦鎵氮/氮化鎵，量子阱層整個(gè)厚度約50nm-200nm，周期數(shù)為2_10 ； 步驟3:在GaN基片上采用PVD進(jìn)行蒸鍍金屬層；其中金屬蒸鍍材料為N1、Ag、Au或其組合物； 步驟4:對(duì)蒸鍍生長(zhǎng)金屬層的基片進(jìn)行高溫退火，GaN基片上金屬層形成納米球狀金屬小顆粒圖形； 步驟5:以納米球狀金屬小顆粒圖形做掩模，利用ICP刻蝕工藝，刻蝕GaN基片直至η型GaN層或部分η型GaN層；納米球狀金屬小顆粒尺寸為40_200nm，其圖形的形狀為矩形、圓形、菱形或多邊形； 以納米球狀金屬小顆粒圖形層作掩模，采用兩步法ICP刻蝕技術(shù)，刻蝕基片上P型GaN層、InGaN/GaN量子阱層、部分η型GaN層，形成納米圓柱圖形結(jié)構(gòu)； 步驟6:用配比酸類溶液清洗刻蝕后圖形結(jié)構(gòu)，去除圖形結(jié)構(gòu)表面的金屬顆粒。
2.按權(quán)利要求1所述的ICP刻蝕GaN基多量子阱制備納米柱圖形的方法，其特征是ICP刻蝕工藝為兩步法ICP干法刻蝕工藝，分別經(jīng)過(guò)高電壓短時(shí)間大氣流和低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流的兩個(gè)連續(xù)步驟；所述兩步法ICP刻蝕氣體均為Cl2和BCl3混和氣體，第一步先進(jìn)行高電壓短時(shí)間大氣流偏重物理過(guò)程的刻蝕，第二步進(jìn)行低電壓長(zhǎng)時(shí)間小氣流偏化學(xué)過(guò)程的刻蝕，刻蝕基片直至部分η型GaN層；其中每一步刻蝕時(shí)間、氣體流量、腔體氣壓、DC偏壓以及ICP功率都是影響GaN納米圓柱質(zhì)量的至關(guān)重要的因素； 第一步工藝條件設(shè)置如下: Cl2和BCl3流量分別為45±20sccm和8±2sccm，腔體氣壓:10±2mTorr，DC偏壓:300±40V(RF 功率 30±5w)，ICP 功率:300±40W (頻率 13.56MHz)，刻蝕時(shí)間:30±4 秒； 第二步工藝設(shè)置如下: Cl2 和 BCl3 流量分別為 24±4sccm 和 4±2sccm ;腔體氣壓:6mTorr, DC 偏壓:60±20V(RF功率10±2w)，ICP功率:600±20W (頻率13.56MHz)，刻蝕時(shí)間:8分鐘；兩步ICP刻蝕工藝刻蝕總深度500nm。
3.按權(quán)利要求1所述的ICP刻蝕GaN基多量子阱制備納米柱圖形的方法，其特征是所述采用PVD金屬蒸鍍后的基片在高溫高純度氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行退火，形成金屬納米顆粒；針對(duì)Ni膜，通過(guò)調(diào)節(jié)退火溫度500-550°C、退火時(shí)間5-20min ;其中退火時(shí)間以及金屬層厚度可以對(duì)金屬小顆粒尺寸進(jìn)行調(diào)控，形成納米圖形層。
4.按權(quán)利要求1所述的ICP刻蝕GaN基多量子阱制備納米柱圖形的方法，其特征是配比酸性溶液為鹽酸或者硝酸。
全文摘要
ICP刻蝕GaN基多量子阱制備納米陣列圖形的方法，包括以下步驟取一襯底，襯底的材料為硅、藍(lán)寶石或氮化鎵；在襯底依次外延生長(zhǎng)GaN緩沖層，n型GaN層、InGaN/GaN量子阱層和P型GaN,形成初步的GaN基片；量子阱層整個(gè)厚度約50nm-200nm，周期數(shù)為2-10；在GaN基片上采用PVD進(jìn)行蒸鍍金屬層；對(duì)蒸鍍生長(zhǎng)金屬層的基片進(jìn)行高溫退火；利用ICP刻蝕工藝，刻蝕GaN基片直至n型GaN層或部分n型GaN層；形成InGaN/GaN納米柱。
文檔編號(hào)H01L33/06GK103094434SQ20121049260
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者張 榮, 智婷, 陶濤, 謝自力, 萬(wàn), 葉展圻, 劉斌, 修向前, 李毅, 韓平, 施毅, 鄭有炓 申請(qǐng)人:南京大學(xué)