專利名稱：大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法
技術領域：
本發明屬于半導體照明技術領域，特別是指用來一種大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法
背景技術：
氮化鎵材料是第三代半導體材料，禁帶寬度為3. 4ev,由于它的性質穩定，又是波長位于藍紫光的直接帶隙發光材料，因此是制造藍紫光發光二極管(LED)，高遷移率晶體管的材料，國家半導體照明把氮化鎵材料列為中心。目前氮化鎵發光二極管材料生長采用的是異質外延結構，即氮化鎵薄膜材料生長在異質襯底上，例如硅、藍寶石等。但是這種異質外延的方式由于襯底材料和氮化鎵材料的晶格不匹配，而導致大量的缺陷存在，從而降低氮化鎵材料的材料質量。雖然采用諸如圖形化的藍寶石來解決材料質量問題，但是這沒有從根本上解決晶格失配的問題。本發明采用的是大面積制作氮化鎵納米圖形襯底來解決晶格的匹配問題，從而降低材料應力，提高材料質量。氮化鎵納米圖形襯底由于同外延的氮化鎵材料是同質，不但晶格是相互匹配的，同時納米圖形之間的縫隙是釋放應力的強有力的通道。目前制作氮化鎵納米圖形有相關的一些方法，這些方法不是存在著圖形的制作工藝復雜，成本昂貴，就是不能大面積制作氮化鎵納米圖形。本發明制作氮化鎵納米圖形不但工藝簡單，成本便宜，而且尺寸可調節，能大面制作，可以實現工業化生產。
發明內容
本發明的目的在于，一種大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，其可實現低成本，大面積，可工業化生產納米圖形襯底,進而提高氮化鎵材料的材料質量。本發明提供一種大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，包括以下步驟步驟I :取一襯底；步驟2 :在襯底上外延生長GaN緩沖層和η-GaN層；步驟3 :在η-GaN層上生長中間層；步驟4 :在中間層上生長納米圖形層；步驟5 :采用等離子體刻蝕的方法，刻蝕中間層，刻蝕深度到達η-GaN層的表面；步驟6 :采用等離子體刻蝕的方法，刻蝕η-GaN層，刻蝕深度小于η-GaN層的厚度， 完成圖形襯底的制備。其中襯底的材料為硅、藍寶石或氮化鎵，襯底的表面是平面或微圖形PSS，或者納米圖形。其中中間層是采用等離子增強氣相沉積的方法生長的，該中間層的材料為SiO2或
者 Si3N4。其中納米圖形層是采用電子束蒸鍍傾斜生長的，納米圖形層的材料為Ni、Cr、Ag 或Au,或及其組合物。其中襯底上的納米氮化鎵圖形的橫向尺寸為10_300nm。
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其中襯底上的納米氮化鎵圖形的形狀為矩形、圓形、菱形或多邊形。其中襯底上的納米氮化鎵圖形的排列是周期排列或自組裝排列。本發明的有益效果是本發明的一種大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，其可實現低成本，大面積， 可工業化生產納米圖形襯底，進而提高氮化鎵材料的材料質量。
為使審查員能進一步了解本發明的結構、特征及其目的，以下結合附圖及較佳具體實施例的詳細說明如后，其中圖1-5是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式請參閱圖1-5所示，本發明提供一種大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，包括以下步驟步驟I :取一襯底10 (參閱圖I)，其中襯底10的材料為硅、藍寶石或氮化鎵，襯底 10的表面是平面或微圖形PSS，或者納米圖形。步驟2 :在襯底10上外延生長GaN緩沖層11和η-GaN層12 (參閱圖I)，其中GaN 緩沖層11為l-3um，η-GaN層12的厚度為2_4um。GaN緩沖層11生長采用低溫生長的方式，保證在GaN和沉底材料的較好的應力緩沖和釋放。同時實現的生長η-GaN層12質量較好。這是實現大面積制作納米氮化鎵圖形襯底制作的重要的工藝步驟。步驟3 :在η-GaN層12上生長中間層13 (參閱圖2)，其中中間層13是采用等離子增強氣相沉積的方法生長的，該中間層13的材料為SiO2或者Si3N4。SiO2或者Si3N4是一種抗刻蝕能力較強的掩膜，通過圖形化的轉移技術，它能實現形貌完整的圖形轉移。SiO2或者 Si3N4圖形化的掩膜是實現大面積制作納米氮化鎵圖形襯底制作的關鍵工藝。步驟4 :在中間層13上生長納米圖形層14 (參閱圖3)，其中納米圖形層14是通過電子束蒸鍍(EB)傾斜生長完成，金屬包括Ni，Cr，Ag，Au及其組合物。本發明的技術能夠實現尺寸可從20-200nm的納米圖形的制作，可以很好地解決由于外延沉底和外延材料之間的較大的晶格失配而引起的應力。由于小尺寸納米圖形效應，它能更好釋放應力同微米圖形襯底相比，改善材料質量。同時由于納米圖形所形成的空氣棱鏡能夠實現較大的光提取，能增強發光二級管的提取效率。步驟5 :采用等離子體刻蝕的方法來刻蝕中間層13 (參閱圖4)，中間層的刻蝕采用 CF4氣體，刻蝕的時間，氣體流量以及功率是影響納米氮化鎵圖形質量的主要因數。選擇適當的條件是實現大面積制作納米氮化鎵圖形襯底制作的關鍵所在。步驟6 :采用等離子體刻蝕的方法來刻蝕η-GaN層12 (參閱圖5)，制作氮化鎵納米圖形襯底，刻蝕氣體采用Cl2/BCl3/Ar2氣體。刻蝕的時間，氣體流量以及功率是影響納米氮化鎵圖形質量的主要因數。選擇適當的條件是實現大面積制作納米氮化鎵圖形襯底制作的關鍵所在。實施例請參閱圖1-5所示，本發明提供本發明提供一種大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，包括以下步驟步驟I :取一襯底10，襯底是藍寶石襯底，其厚度是400um。步驟2:在襯底10上外延生長GaN緩沖層11和η-GaN層12，GaN緩沖層11和 η-GaN層12的厚度分別為2um、3um。步驟3 :在η-GaN層12上生長中間層13，中間層13為SiO2，中間層13的厚度為 200nm。步驟4 :在中間層13上生長納米圖形層14，納米圖形層14通過EB傾斜生長技術來得到，傾斜角度為70度。步驟5 :采用等離子體刻蝕的方法來刻蝕中間層13，刻蝕氣體為CF4，流量為 50sccm，刻蝕氣體為02，流量為20sccm，刻蝕時間為50s。步驟6 :采用等離子體刻蝕的方法來刻蝕n-GaN 12，制作氮化鎵納米圖形，刻蝕氣體Cl2,流量為30sccm，刻蝕氣體為BCl3,流量為20sccm，刻蝕氣體為Ar2,流量為lOsccm，刻蝕時間為IOOS。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.—種大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法,包括以下步驟步驟1:取一襯底；步驟2 :在襯底上外延生長GaN緩沖層和n-GaN層；步驟3 在n-GaN層上生長中間層；步驟4 :在中間層上生長納米圖形層；步驟5 :采用等離子體刻蝕的方法,刻蝕中間層,刻蝕深度到達n-GaN層的表面；步驟6 :采用等離子體刻蝕的方法，刻蝕n-GaN層，刻蝕深度小于n-GaN層的厚度，完成 圖形襯底的制備。
2.如權利要求1所述的大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，其中襯底的材料為 硅、藍寶石或氮化鎵，襯底的表面是平面或微圖形PSS,或者納米圖形。
3.如權利要求1所述的大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，其中中間層是采用等 離子增強氣相沉積的方法生長的，該中間層的材料為Si02或者Si3N4。
4.如權利要求1所述的大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，其中納米圖形層是采 用電子束蒸鍍傾斜生長的,納米圖形層的材料為Ni、Cr、Ag或Au，或及其組合物。
5.如權利要求1所述的大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，其中襯底上的納米氮 化鎵圖形的橫向尺寸為10-300nm。
6.如權利要求5所述的大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，其中襯底上的納米氮 化鎵圖形的形狀為矩形、圓形、菱形或多邊形。
7.如權利要求1所述的大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，其中襯底上的納米氮 化鎵圖形的排列是周期排列或自組裝排列。
全文摘要
一種大面積制作納米氮化鎵圖形襯底的方法，包括以下步驟步驟1取一襯底；步驟2在襯底上外延生長GaN緩沖層和n-GaN層；步驟3在n-GaN層上生長中間層；步驟4在中間層上生長納米圖形層；步驟5采用等離子體刻蝕的方法，刻蝕中間層，刻蝕深度到達n-GaN層的表面；步驟6采用等離子體刻蝕的方法，刻蝕n-GaN層，刻蝕深度小于n-GaN層的厚度，完成圖形襯底的制備。其可實現低成本，可工業化生產納米圖形襯底，進而提高氮化鎵材料的材料質量。
文檔編號H01L33/00GK102610716SQ20121009360
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者伊曉燕, 劉志強, 孫波, 王國宏, 趙麗霞, 魏學成 申請人:中國科學院半導體研究所