本發(fā)明涉及半導體材料制備領域，特別涉及一種氮化物納米帶的制備方法，旨在獲得尺寸和結(jié)構(gòu)可控的氮化物納米帶。

背景技術：

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，集成電路工藝水平的創(chuàng)新，芯片的集成度不斷提高，光電子器件特征尺寸的不斷減小，尺寸的縮小給工藝帶來了極大的挑戰(zhàn)。由于量子隧穿效應，加工線寬不能無限制的減小，而且當材料尺寸達到納米級時會產(chǎn)生一系列由小尺寸引起的問題，因此納米科學技術被認為是21世紀最具有發(fā)展前景的科學技術，它已推動材料、能源、信息、環(huán)境、生醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、國防等各個領域的巨大變革。

氮化鋁、氮化鎵為直接帶隙寬禁帶半導體材料，禁帶寬度分別為6.2ev、3.39ev，氮化鎵、氮化鋁等材料被稱為第三代半導體材料。由于氮化鋁、氮化鎵有高的熱導率，高熔點，耐腐蝕，較小的電子親和能，帶間躍遷發(fā)射波長可深入深紫外波段,可廣泛應用于光電器件。同時，氮化鋁與氮化鎵相似的晶格結(jié)構(gòu)和較小的晶格失配度，使得氮化鎵和氮化鋁異質(zhì)結(jié)生長已成為光電器件研究中的熱門。與單成分結(jié)構(gòu)比較，納米異質(zhì)結(jié)具有獨有特性和許多功能，因而有更多的應用范圍。由于低維的納米材料具有小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等納米效應,其光、電、化學以及熱性質(zhì)與體材料相比發(fā)生明顯的改變。在一些情況下，二維納米材料比相應的大尺寸材料顯示出更優(yōu)越的性能。對二維納米材料特性與應用的研究是目前納米材料研究中的熱點課題，二維納米材料在功能器件中的應用將對電子、信息等領域產(chǎn)生積極的影響。

由于氮化物的應用領域極其廣泛，因此氮化物半導體材料的制備顯得尤其的重要。目前制備氮化鎵和氮化鋁納米材料的方法有很多，有大量文獻報道了用化學氣相沉積法、分子束外延法、氫化物氣相外延法和熱分解法等方法；用碳納米管模板法、直流電弧放電法、化學氣相沉積法和金屬有機化學氣相沉積等方法制備氮化鋁納米材料。這些制備方法多采用的是自下而上的制備方法，利用自上而下的方法制備的人不多，且氮化鎵和氮化鋁的納米材料的采用的是不同的制備方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種自上而下制備氮化物納米帶的方法，采用mocvd生長加濕法腐蝕的工藝，制備工藝簡單，并能同時實現(xiàn)氮化鎵和氮化鋁納米帶的制備。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種氮化物納米帶的制備方法。該氮化物納米帶的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

刻蝕硅襯底，得到圖形化硅襯底；

在圖形化硅襯底的壁面上生長氮化物外延層；

對粘連在一起的圖形化硅襯底與氮化物外延層結(jié)構(gòu)進行腐蝕，去除圖形化硅襯底，得到氮化物納米帶。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，刻蝕硅襯底，得到圖形化硅襯底的步驟中，經(jīng)過刻蝕在硅襯底上形成的刻蝕面為平面。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，硅襯底為si(100)襯底；刻蝕硅襯底，得到圖形化硅襯底的步驟包括：將si(100)襯底進行光刻，并進行濕法腐蝕，得到貫通的條形槽，其中，條形槽的橫截面呈倒梯形，具有朝向上方的左斜側(cè)面和右斜側(cè)面。在圖形化硅襯底的壁面上生長氮化物外延層的步驟中，氮化物外延層生長于所述條形槽的左斜側(cè)面和右斜側(cè)面。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，濕法刻蝕中，采用的刻蝕液為tmah+ipa溶液。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，硅襯底為硅(111)襯底；刻蝕硅襯底，得到圖形化硅襯底的步驟包括：在si(111)襯底上進行刻蝕，刻蝕出微米級凹槽，得到圖形化si(111)襯底，其中，該微米級凹槽的橫截面為矩形。在圖形化硅襯底的壁面上生長氮化物外延層的步驟中，氮化物外延層生長于所述微米級凹槽的底面。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，采用金屬氧化物化學氣相外延方法，在圖形化硅襯底的壁面上生長氮化物外延層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，硅襯底為氮化物外延層為aln外延層、algan外延層、ingan外延層、led全結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，氮化物外延層為led全結(jié)構(gòu)，利用在圖形化硅襯底的壁面上生長氮化物外延層的步驟包括：生長aln緩沖層；在緩沖層上外延n-gan；生長n組量子阱，其中量子阱中，ingan中in組分的含量為15％；生長一層10nm厚的p-gan，從而外延得到led結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，采用濕法刻蝕方法，對粘連在一起的圖形化硅襯底與氮化物外延層結(jié)構(gòu)，進行腐蝕去除圖形化硅襯底。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，濕法刻蝕方法中，使用的腐蝕溶液是硝酸溶液、氫氟酸溶液以及去離子水按照比例配成的溶液。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，刻蝕硅襯底的步驟之前還包括：對硅襯底進行標準rca清洗。

優(yōu)選地，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法中，得到氮化物納米帶的步驟之后還包括：利用吸管將氮化物納米帶吸出至目標地點進行晾干。

從上述技術方案可以看出，本發(fā)明氮化物納米帶的制備方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)該方法對si襯底的晶向沒有苛刻的要求，在si(100)和si(111)襯底上皆可進行；

(2)硅襯底的使用可降低生產(chǎn)成本；

(3)圖形襯底的刻蝕方法多樣，干法濕法均可；

(4)利用圖形化襯底生長氮化物，由于圖形襯底的尺寸可控，生長氮化物的尺寸可控；

(5)利用mocvd外延氮化物，其生長厚度可控；

(6)硅襯底的腐蝕工藝成熟，且氮化物化學性質(zhì)穩(wěn)定，不容易被腐蝕；

(7)這種方法可以制備任何化學性質(zhì)穩(wěn)定的可以使用mocvd外延的物質(zhì)的氮化物納米帶。

附圖說明

圖1a為根據(jù)本發(fā)明第一實施例氮化物納米帶制備方法的流程圖。

圖1b為依照圖1a所示的氮化物納米帶制備方法在步驟s104后的氮化物納米帶的結(jié)構(gòu)圖。

圖2a為根據(jù)本發(fā)明第二實施例氮化物納米帶制備方法的流程圖。

圖2b為依照圖2a所示的氮化物納米帶制備方法在步驟s206后的氮化物納米帶的結(jié)構(gòu)圖。

圖3a為根據(jù)本發(fā)明第三實施例氮化物納米帶制備方法的流程圖。

圖3b為依照圖3a所示氮化物納米帶制備方法在步驟s306后的氮化物納米帶的結(jié)構(gòu)圖。

【附圖元件符號說明】

1-硅襯底；2-圖形化硅襯底；3-圖形化si(100)襯底；

4-氮化物外延層；5-氮化物納米帶；6-si(100)襯底；

7-左斜側(cè)面；8-右斜側(cè)面；9-條形槽；

10-si(111)襯底；11-底壁面；12-圖形化si(111)襯底；

13-微米級凹槽；14-左上壁面；15-右上壁面；

16-刻蝕面；17-上壁面。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步說詳細說明。

一、第一實施例

在本發(fā)明的第一個示例性實施例中，提供了一種氮化物納米帶的制備方法。圖1a為根據(jù)本發(fā)明第一實施例氮化物納米帶制備方法的流程圖。如圖1a所示，本實施例氮化物納米帶的制備方法包括以下步驟：

步驟s102，刻蝕硅襯底1，得到圖形化硅襯底2，該圖形化硅襯底2的上壁面17具有刻蝕面16。

步驟s104，在圖形化硅襯底2的刻蝕面16上，生長氮化物外延層4。

圖1b為依照圖1a所示第一氮化物納米帶制備方法在步驟s104后的氮化物納米帶的結(jié)構(gòu)圖。如圖1b所示，圖形化硅襯底2的上壁面17具有刻蝕平面16，本步驟中，利用金屬氧化物化學氣相外延方法生長氮化物納米帶5，在刻蝕平面16上生長氮化物外延層4。氮化物外延層4可以用mocvd生長的化學性質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可以為aln外延層、algan外延層、ingan外延層、led全結(jié)構(gòu)。用上述生長方法，生長得到一條氮化物納米帶5，氮化物外延層4結(jié)構(gòu)是與圖形化硅襯底2粘連在一起的。

步驟s106，請繼續(xù)參照圖1b，對粘連在一起的圖形化硅襯底2與氮化物外延層4結(jié)構(gòu)行腐蝕，以除去圖形化硅襯底2，得到氮化物納米帶5。

步驟s108，將腐蝕后得到的氮化物納米帶5進行轉(zhuǎn)移。

基于上述說明，本領域技術人員可以理解的是，采用本實施例的制備方法，對硅襯底的晶向沒有苛刻的要求，圖形襯底的刻蝕方法多樣，干法濕法均可；利用圖形化襯底生長氮化物，由于圖形襯底的尺寸可控，生長氮化物的尺寸可控。

至此，本發(fā)明第一實施例氮化物納米帶的制備方法，介紹完畢。

二、第二實施例

在本發(fā)明的第二個示例性實施例中，提供了另一種氮化物納米帶的制備方法。圖2a為根據(jù)本發(fā)明第二實施例氮化物納米帶制備方法的流程圖。如圖2a所示，本實施例氮化物納米帶的制備方法，包括以下步驟：

步驟s202，采用si(100)襯底6，厚度為400μm，用rca標準清洗法清洗干凈。

步驟s204，將si(100)襯底6進行光刻，并利用tmah+ipa溶液進行腐蝕，得到寬度為5μm，深度為10μm的貫通的條形槽9，得到圖形化si(100)襯底3。其中，所述條形槽9的橫截面呈倒梯形。

步驟s206，將圖形化si(100)襯底3采用rca標準清洗后，送入金屬有機化合物氣象外延(mocvd)設備中，條形槽9的左斜側(cè)面7與右斜側(cè)面8上分別生長氮化物外延層。

圖2b為依照圖2a所示氮化物納米帶制備方法在步驟s206后的氮化物納米帶的結(jié)構(gòu)圖。如圖2b所示，首先生長一層330nm厚的aln緩沖層，再在緩沖層上外延約3μm厚的n-gan，接著生長5組量子阱，其中阱厚3nm，壘厚17nm，ingan中in組分的含量為15％。在這基礎上生長一層10nm厚的p-gan，外延得到led結(jié)構(gòu)。

步驟s208，利用硝酸和氫氟酸的混合溶液將圖形化si(100)襯底3腐蝕掉，得到氮化物納米帶5。然后使用68％的hno3與5m的hf混合溶液在對si襯底進行化學腐蝕；腐蝕時間為30分鐘，之后將其溶液極性無限次的稀釋。

步驟s210，利用吸管將氮化物納米帶5吸出，放到無刻蝕的硅襯底上晾干即可得到led全結(jié)構(gòu)的氮化物納米帶5。

利用mocvd外延氮化物制備氮化物納米帶，其生長厚度可控；si(100)襯底的腐蝕工藝成熟，且氮化物化學性質(zhì)穩(wěn)定，不容易被腐蝕；si(100)襯底的使用可降低生產(chǎn)成本。

至此，本發(fā)明第二實施例氮化物納米帶的制備方法，介紹完畢。

三、第三實施例

在本發(fā)明的第三個示例性實施例中，提供了另一種氮化物納米帶的制備方法。圖3a為根據(jù)本發(fā)明第三實施例氮化物納米帶制備方法的流程圖，本實施例第三氮化物納米帶的制備方法，包括以下步驟：

步驟s302：對si(111)襯底10進行標準rca清洗。

步驟s304：在si(111)襯底10上進行刻蝕，刻蝕出微米級凹槽13，得到圖形化si(111)襯底12。

其中，該微米級凹槽13的橫截面為矩形。

步驟s306：利用mocvd在圖形化si(111)襯底12微米級凹槽13的左上壁面14、右上壁面15與底壁面11上外延氮化物外延層4。

圖3b為依照圖3a所示氮化物納米帶制備方法中，在步驟s306后采用si(111)襯底10生長氮化物納米帶5的結(jié)構(gòu)圖。

步驟s308：利用硝酸和氫氟酸的混合溶液將圖形化si(111)襯底12腐蝕掉，得到氮化物納米帶5。

步驟s310：利用吸管將氮化物納米帶5轉(zhuǎn)移到襯底上。

利用mocvd外延氮化物制備氮化物納米帶，其生長厚度可控；si(111)襯底的干法腐蝕工藝成熟，且氮化物化學性質(zhì)穩(wěn)定，不容易被腐蝕；si(111)襯底的使用可降低生產(chǎn)成本。

至此，本發(fā)明第三實施例氮化物納米帶的制備方法，介紹完畢。

當然，根據(jù)實際需要，本發(fā)明顯示的氮化物納米帶的制備方法，還包含其他的工藝和步驟，由于同本發(fā)明的創(chuàng)新之處無關，此處不再贅述。

至此，本發(fā)明第四實施例氮化物納米帶的制備方法，介紹完畢。

還需要說明的是，本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內(nèi)近似于相應值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，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)。