外延結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種外延結構及其制備方法，尤其，涉及一種采用掩模制備外延結構 的方法及采用該方法制備的外延結構。
【背景技術】
[0002] 外延結構，尤其外延結構為制作半導體器件的主要材料之一。例如，近年來，制備 發光二極管（LED)的氮化鎵外延片成為研究的熱點。
[0003] 所述氮化鎵（GaN)外延片是指在一定條件下，將氮化鎵材料分子，有規則排列，定 向生長在藍寶石基底上。然而，高質量氮化鎵外延片的制備一直是研究的難點。由于氮化 鎵和藍寶石基底的晶格常數以及熱膨脹系數的不同，從而導致氮化鎵外延層存在較多位錯 缺陷。而且，氮化鎵外延層和藍寶石基底之間存在較大應力，應力越大會導致氮化鎵外延層 破裂。這種外延結構普遍存在晶格失配現象，且易形成位錯等缺陷。
[0004] 現有技術提供一種改善上述不足的方法，其采用非平整的藍寶石基底外延生長氮 化鎵。例如，現有技術先在藍寶石基底表面沉積一二氧化硅層，再采用光刻等微電子工藝蝕 刻該二氧化硅層從而在藍寶石基底表面形成圖案化掩模。然而，該方法不但工藝復雜，而且 會對藍寶石基底外延生長面造成污染，從而影響外延結構的質量。
【發明內容】
[0005] 綜上所述，確有必要提供一種高質量的外延結構。
[0006] -種外延結構，其包括：一基底，所述基底具有一外延生長面；一外延層，所述外 延層設置于所述基底的外延生長面；以及一納米管膜，所述納米管膜設置于該基底與外延 層之間，所述納米管膜包括多個有序排列的納米管相互連接形成一自支撐的膜結構，其中， 所述多個納米管間隔設置的地方定義多個開口，且所述多個納米管相互接觸的地方通過離 子鍵結合。
[0007] 所述多個納米管相互接觸的地方內部連通。
[0008] 所述多個納米管具有基本相同的延伸方向，且所述多個納米的延伸方向基本平行 于所述基底的外延生長面。
[0009] 所述多個納米管的管壁厚度為10納米至100納米，所述多個納米管的內徑為1納 米至100納米。
[0010] 所述多個納米管中至少部分納米管從納米管膜的一端延伸至另一端。
[0011] 所述多個納米管的材料為金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、硅氧化物、硅氮 化物、以及硅碳化物中的一種或幾種。
[0012] -種外延結構，其包括：一基底，所述基底具有一外延生長面；一外延層，所述外 延層設置于所述基底的外延生長面；以及一納米管膜，所述納米管膜設置于該基底與外延 層之間，所述納米管膜包括多個納米管，其中，所述多個納米管有序排列且相互連接形成一 自支撐結構，所述多個納米管通過在一自支撐的有序排列的碳納米管膜表面通過原子排列 形成連續的納米材料層后，再去除該自支撐的碳納米管膜制成，所述納米管膜中多個納米 管的排列方式與所述碳納米管膜中多個碳納米管的排列方式相同。
[0013] 與現有技術的外延結構相比，本發明提供的外延結構中，外延生長面的污染少，質 量高，具有廣泛用途。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明第一實施例提供的外延結構的制備方法的工藝流程圖。
[0015] 圖2為本發明第一實施例中采用的碳納米管膜的掃描電鏡照片。
[0016] 圖3為圖2中的碳納米管膜中的碳納米管片段的結構示意圖。
[0017] 圖4為本發明第一實施例的碳納米管膜的結構示意圖。
[0018] 圖5為圖4中的局部放大結構示意圖。
[0019] 圖6為本發明第一實施例的兩層交叉設置的碳納米管膜的掃描電鏡照片。
[0020] 圖7為本發明第一實施例拉伸碳納米管膜的方法示意圖。
[0021] 圖8為本發明第一實施例中拉伸后的碳納米管膜的掃描電鏡照片。
[0022] 圖9為本發明第一實施例的制備方法中，對碳納米管膜進行氧等離子體處理前， 直接在其表面用原子層沉積法形成納米氧化鋁（A1203)層的掃描電鏡照片。
[0023] 圖10為本發明第一實施例的制備方法中，對碳納米管膜進行氧等離子體處理后， 在該碳納米管膜表面用原子層沉積法形成納米氧化鋁層的掃描電鏡照片。
[0024] 圖11為本發明第一實施例的制備方法中，對碳納米管膜進行積碳處理后的透射 電鏡照片。
[0025] 圖12為本發明第一實施例的制備方法中，對碳納米管膜進行表面積碳處理前，直 接在其表面用原子層沉積法形成納米氧化鋁層的掃描電鏡照片。
[0026] 圖13為本發明第一實施例的制備方法中，對碳納米管膜進行表面積碳處理后，在 其表面用原子層沉積法形成納米氧化鋁層的掃描電鏡照片。
[0027] 圖14為本發明第一實施例制備的單層氧化鋁納米管膜的掃描電鏡照片。
[0028] 圖15為本發明第一實施例制備的雙層交叉氧化鋁納米管膜的掃描電鏡照片。
[0029] 圖16為本發明第一實施例制備的氧化鋁納米管膜的實物照片。
[0030] 圖17為本發明第一實施例制備的單層納米管膜的結構示意圖。
[0031] 圖18為本發明第一實施例制備的雙層交叉納米管膜的結構示意圖。
[0032] 圖19本發明第一實施例中的外延層生長過程示意圖。
[0033] 圖20為本發明第一實施例制備的外延結構的結構示意圖。
[0034] 圖21為本發明第二實施例提供的外延結構的制備方法的工藝流程圖。
[0035] 圖22為本發明第二實施例制備的外延結構的結構示意圖。
[0036] 主要元件符號說明
如下具體實施例將結合上述附圖進一步說明本發明。
【具體實施方式】
[0037] 以下將結合附圖詳細說明本發明實施例提供的外延結構及其制備方法。為了便于 理解本發明的技術方案，本發明首先介紹一種采用掩模制備外延結構的方法，然后再介紹 采用該方法制備的外延結構。
[0038] 請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種外延結構10的制備方法，其具體包括以 下步驟： 510 :提供一具有自支撐特性的碳納米管膜100,該碳納米管膜100包括多個碳納米管 104有序排列且通過范德華力相互連接，且該碳納米管膜100具有多個沿碳納米管104長度 方向延伸的縫隙105 ; 511 :對所述碳納米管膜100懸空設置并進行表面處理，在所述多個碳納米管104的表 面引入缺陷； 512 :采用原子層沉積法（ALD)在所述碳納米管膜100的多個碳納米管104的表面生長 一層納米材料層110 ; 513 :將生長有納米材料層110的碳納米管膜100進行退火處理，去除所述碳納米管膜 100,形成多個納米管112,且所述多個納米管112有序排列且相互連接形成一具有自支撐 特性的納米管膜114 ; 514 :將該納米管膜114設置于一基底120的外延生長面122 ;以及 515 :在所述基底120的外延生長面122生長一外延層130。
[0039] 所述步驟S10中，所述碳納米管膜100為一從碳納米管陣列抽取的碳納米管拉膜。 請進一步參閱圖2至圖5,所述碳納米管膜100是由若干碳納米管104,106組成的自支撐結 構。即，該碳納米管膜100為由若干碳納米管104,106緊密結合組成的純結構。所述自支撐 指該碳納米管膜100不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸 空而保持自身膜狀狀態，即將該碳納米管膜100置于(或固定于）間隔特定距離設置的兩個 支撐體上時，位于兩個支撐體之間的碳納米管膜100能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自 支撐特性主要通過碳納米管膜100中存在通過范德華力首尾相連延伸排列的碳納米管104 以及隨機分散的碳納米管106而實現。上述"首尾相連"指的是碳納米管104的軸向或者 碳納米管104的長度方向是首尾相連定向排列的。該若干碳納米管104,106包括單壁碳納 米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種。所述單壁碳納米管的直徑為0.5納 米至50納米，所述雙壁碳納米管的直徑為1. 0納米至50納米，所述多壁碳納米管的直徑為 1. 5納米至50納米。
[0040] 所述若干碳納米管104,106為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在碳 納米管膜100中大多數碳納米管104的整體延伸方向