專利名稱：用于制備氮化物外延生長的納米圖形襯底的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于半導體照明技術(shù)領域，尤其涉及一種制備用于氮化物外延生長的納米級圖形襯底的方法。
背景技術(shù)：
以II1-V族氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導體材料，由于其性質(zhì)穩(wěn)定且波長位于藍紫光的直接帶系，因此在發(fā)光二極管、激光器、紫外光電探測器以及高溫、高頻大功率電子器件等諸多方面有著重要而廣泛的應用。因為藍寶石襯底與GaN材料的晶格失配率為14%，所以長成的GaN材料缺陷較多。GaN基LED亮度的提升，根源在于內(nèi)量子效率和光提取效率的提高，從而增加外量子效率。通過在藍寶石圖形襯底上制備二維結(jié)構(gòu)、然后生長的GaN材料以制作成LED器件，能夠同時提高內(nèi)量子效率和光提取效率。傳統(tǒng)光刻技術(shù)制成的圖形襯底尺度通常在微米級PSS(MPSS:micr0-PSS)，很難一次做到100nm以下的小尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于氮化物外延生長的納米級圖形襯底的制備方法。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制備氮化物外延生長的納米圖形襯底的制備方法，包括以下步驟I)在氮化物外延生長的襯底上制備微米PSS襯底；2 )在所述微米PSS襯底上沉積二氧化硅膜；3)在所述二氧化硅膜上，蒸鍍金屬Ni層；4)通過退火處理，在所述的二氧化硅膜的表面上形成均勻分布的納米尺度的金屬Ni顆粒；5)利用所形成的納米尺度的金屬Ni顆粒作為掩膜，刻蝕所述二氧化硅膜，形成納米圖形結(jié)構(gòu)；6)以所述具有納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅為掩膜刻蝕襯底，將納米圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到微米PSS襯底；7)通過腐蝕去除所述二氧化硅膜，得到納米級圖形襯底。在一個實施例中，步驟1)所述氮化物外延生長的襯底為藍寶石、硅、碳化硅、砷化鎵的襯底。在一個實施例中，在步驟1)中，在所述襯底的表面上均勻涂覆一層厚度在1.5nm至4. Oiim的正性光刻膠。在一個實施例中，所述微米PSS襯底的圖形高度為0.5 iim至1.8 iim。在一個實施例中，所述二氧化硅膜的厚度為50nm至400nm。
在一個實施例中，所述金屬Ni層的厚度為2nm至30nm。在一個實施例中，所述退火處理條件為在流動的高純N2氣氛下，溫度為400至800°C，時間為 20S 至 1400S。在一個實施例中，所述刻蝕是采用反應離子刻蝕機或感應耦合等離子體刻蝕機進行干法刻蝕，所使用的刻蝕氣體為BC13、Cl2或Ar，并且所形成的所述納米圖形結(jié)構(gòu)的尺度為 Inm 至 lOOnm。在一個實施例中，所述腐蝕采用硫酸雙氧水進行，且所述硫酸雙氧水比例為1:1至 4. 5:1。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中在微米PSS上沉積二氧化硅膜，進而制備納米PSS。這樣就可以降低氮化物外延層的位錯密度，提高外延材料的晶體質(zhì)量和均勻性，進而改善器件的性能。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)納米圖形化襯底的制備，可操作性強。此外，本發(fā)明的方法不涉及昂貴精密的光刻設備，有利于實現(xiàn)規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化。
以下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進行詳細的描述。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應該理解成對本發(fā)明的限制。

圖1為本發(fā)明提供的制作納米氮化鎵圖形襯底的方法流程圖；圖2為本發(fā)明使用現(xiàn) 有方法所制備微米圖形襯底的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明在微米圖形襯底上沉積二氧化硅膜并蒸鍍金屬Ni層后的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明提供的高溫退火處理形成的納米級金屬Ni顆粒后的示意圖；圖5為本發(fā)明提供的采用納米金屬Ni顆粒做掩膜，刻蝕二氧化硅膜后的示意圖；圖6為本發(fā)明提供的利用納米級圖形襯底化的二氧化硅膜為掩膜，刻蝕襯底后的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明提供的硫酸雙氧水清洗后腐蝕去除殘留二氧化硅膜，清洗甩干后，制備得到納米圖形襯底的剖面示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖來描述本發(fā)明。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟步驟S1:在Wafer表面涂覆一層光刻膠，然后采用紫外光，照射特定圖形的光刻版遮擋的光刻膠，使其感光；步驟S2 :采用顯影液去除未照到紫外光的光刻膠；步驟S3 :通過刻蝕所述處理顯影完的Wafer表面，形成表面規(guī)則排列的微米PSS ；步驟S4 :在所述微米PSS上沉積二氧化硅膜，其上沉積金屬Ni層；步驟S5 :通過退火處理后，以表面均勻分布的納米尺度的金屬Ni顆粒作為掩膜刻蝕襯底，形成納米圖形結(jié)構(gòu)；步驟S6 :以所述具有納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅為掩膜刻蝕襯底，將納米圖形結(jié)構(gòu)復制到微米PSS襯底；步驟S7 :通過腐蝕去除所述二氧化硅膜，得到納米級圖形襯底。
下面對照附圖并通過對實施例的描述來進一步詳細地說明本發(fā)明。首先，使用SVS勻膠機，在2英寸藍寶石襯底的表面上，均勻涂覆一層2. 0 ii m厚的正性光刻膠。然后，在Nikon步進光刻機上，采用有特定圖形的光刻版遮擋紫外光，并照射光刻膠使其感光。接著使用SVS顯影機，未照到紫外光的光刻膠被顯影液除去，留下與光刻版上相同的圖形，其圖形高度為1.5i!m。然后，采用硫酸雙氧水(2:1)去除表面殘留物質(zhì)，清洗甩干得到微米級圖形襯底，結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示。接著在微米圖形襯底上，采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)沉積一層厚度為0. 7 y m的二氧化硅膜，然后利用電子束蒸，在其上蒸鍍一層30nm的金屬Ni薄層，結(jié)構(gòu)剖面如圖3所示。在流動的高純N2下，在溫度700°C下退火處理500S，使之表面形成納米尺寸的金屬Ni顆粒,結(jié)構(gòu)剖面如圖4所示。利用退火處理形成的納米金屬Ni顆粒作為掩膜，采用corial ICP刻蝕設備，干法刻蝕二氧化娃膜，使之成為納米圖形結(jié)構(gòu)，圖形尺度在Inm至IOOnm,結(jié)構(gòu)剖面如圖5所示。然后以納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅膜為掩膜，采用corial ICP刻蝕設備，干法刻蝕納米圖形結(jié)構(gòu)復制到襯底，結(jié)構(gòu)剖面如圖6所示。最后，利用硫酸雙氧水(2. 5:1)，將二氧化硅膜去除，即可制成具有納米尺度圖形的藍寶石襯底，結(jié)構(gòu)剖面如圖7所示。該納米圖形藍寶石襯底可用于氮化物異質(zhì)外延生長。采用納米圖形襯底，可以降低襯底和氮化物間異質(zhì)外延生長過程中，由于晶格失配引起的應力，降低氮化物外延生長的缺陷密度，提高晶體的質(zhì)量，進而改善器件的性能。該技術(shù)不涉及昂貴的光刻設備，支撐技術(shù)成熟，且易于規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。 以上所述具體的實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改，等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制備氮化物外延生長的納米圖形襯底的方法，其特征在于，包括以下步驟1)在氮化物外延生長的襯底上制備微米PSS襯底；2)在所述微米PSS襯底上沉積二氧化硅膜；3)在所述二氧化硅膜上蒸鍍金屬Ni層；4)通過退火處理，在所述二氧化硅膜的表面上形成均勻分布的納米尺度的金屬Ni顆粒;5)利用所形成的納米尺度的金屬Ni顆粒作為掩膜，刻蝕所述二氧化硅膜，形成納米圖形結(jié)構(gòu)；6)以所述具有納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅為掩膜刻蝕襯底，將納米圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到微米PSS襯底上；7 )通過腐蝕去除所述二氧化硅膜，得到納米級圖形襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中的所述氮化物外延生長的襯底為藍寶石、硅、碳化硅、砷化鎵的襯底。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟I)中，在所述襯底的表面上均勻涂覆一層厚度在1. 5 μ m至4. O μ m的正性光刻膠。
4.如上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述微米PSS襯底的圖形高度為O.5 μ m 至1. 8 μ m。
5.如上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅膜的厚度為50nm至400nm。
6.如上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述金屬Ni層的厚度為2nm至30nmo
7.如上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述退火處理的條件為在流動的高純N2氣氛下，溫度為400至800°C，時間為20S至1400S。
8.如上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述刻蝕是采用反應離子刻蝕機或感應耦合等離子體刻蝕機進行的干法刻蝕，所使用的刻蝕氣體為BC13、Cl2或Ar，并且所形成的所述納米圖形結(jié)構(gòu)的尺度為Inm至lOOnm。
9.如上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述腐蝕采用硫酸雙氧水進行，且所述硫酸雙氧水比例為1:1至4. 5:1。
全文摘要
本發(fā)明在氮化物外延生長的襯底上制備微米PSS，其上沉積二氧化硅膜，在該膜上，沉積金屬Ni層，通過退火處理后，以表面均勻分布的納米尺度的金屬Ni顆粒作為掩膜刻蝕襯底，形成納米圖形結(jié)構(gòu)。然后，以所述具有納米圖形結(jié)構(gòu)的二氧化硅作為掩膜刻蝕襯底，將納米圖形結(jié)構(gòu)復制到微米PSS襯底上，通過腐蝕去除所述二氧化硅膜，得到納米級PSS。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)納米圖形化襯底的制備，可操作性強，并且不涉及昂貴精密的光刻設備，有利于實現(xiàn)規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。
文檔編號H01L21/20GK103035806SQ201210580748
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者牛鳳娟, 苗振林, 趙勝能, 胡棄疾 申請人:湘能華磊光電股份有限公司