一種氮化物納米線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體外延生長、氮化物薄膜生長領域，特別是一種氮化物納米線的制作方法。
【背景技術】
[0002]由于納米線具有獨特的量子尺寸效應、比表面積大、晶體質量好等優勢，制作成納米尺寸的器件具有優越的性能。氮化物納米線的生長技術和原理已取得長足的進步，可利用金屬液滴作為催化劑或采用自催化的方法生長氮化物納米線。但由于金屬液滴作為催化劑，難以控制其在襯底表面分布的均勻性，同時，生長完的納米線又會混入金屬雜質，難以有效清除干凈，進而影響器件性能；而采用自催化生長方法，鎵液滴一般在襯底上無序地排列，采種退火的方法亦無法解決排布不均勻的問題，因此，制作成的納米線陣列亦排布不均勻，難以適用于大規模的量產需要。
[0003]鑒于現有技術中存在氮化物納米線外延生長的問題。因此有必要提出一種新的一種氮化物納米線的制作方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對目前氮化物納米線陣列生長過程容易引用雜質和排布不均勻的問題，提出一種氮化物納米線的制作方法，采用金屬鎵納米點的模板，自催化生長無金屬催化劑的排列均勻的氮化物納米線，該方法包括以下步驟:(I)在襯底上外延生長氮化鎵緩沖層；(2)將緩沖層蝕刻成均勻分布的納米尺度的柱狀緩沖層；(3)在柱狀緩沖層及間隙沉積氮化硅掩膜層；(4)將激光束聚焦在柱狀緩沖層，使氮化鎵分解成金屬鎵納米點，生成的氮氣將柱狀緩沖層上方的掩膜層沖破，形成鎵納米點的自催化的催化劑模板；(5)使用金屬鎵納米點作為自催化生長的催化劑，外延生長均勻排列的氮化鎵納米柱陣列；(6)采用高溫氮化方法，使納米柱陣列頂端的金屬鎵納米點反應生成氮化鎵。
[0005]進一步地，所述襯底為硅、藍寶石、碳化硅、玻璃等，優選藍寶石襯底。
[0006]進一步地，所述步驟(I)采用金屬有機化學氣相沉積或磁控濺射等設備和方法外延生長氮化鎵緩沖層，生長溫度為200~800度，生長厚度10~500nm。
[0007]進一步地，所述步驟(2)納米尺度的柱狀緩沖層采用納米壓印技術或納米尺寸的光罩技術來制作光阻層，然后，采用ICP等干法蝕刻成納米尺度的柱狀緩沖層。
[0008]進一步地，所述柱狀緩沖層的寬度為10~900nm，高度為10~900nm，間隙為10?900nm。
[0009]進一步地，所述步驟(3)氮化硅掩膜層的厚度為10~500nm，生長方法為磁控濺射或蒸鍍等氣相沉積方法。
[0010]進一步地，所述步驟(4)激光波長為100~350nm，激光聚焦在氮化鎵柱狀緩沖層，使其分解為金屬鎵和氮氣，氮氣沖出氮化硅掩膜層形成金屬鎵納米點催化劑模板。
[0011 ] 進一步地，所述步驟(5)氮化鎵自催化生長的方法為金屬有機化學氣相沉積或分子束沉積等化學氣相生長方法，III族源采用三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基鋁、三甲基銦，摻雜劑采用硅烷和二茂鎂，V族源采用氨氣，載氣采用氮氣或氫氣，生長溫度為800~1200度。
[0012]進一步地，所述步驟(6)金屬鎵納米點的氮化處理在溫度為1000~1200度，通入氨氣與金屬鎵反應，載氣選擇氮氣或氫氣。
[0013]本發明通過制備金屬鎵納米點的模板，生長均勻排布的氮化物納米線，有效解決自組織生長納米線排布不均勻的問題，且適合制備大面積的芯片，有利于大規模的量產。另夕卜，由于金屬鎵納米點為氮化鎵的原料之一，直接氮化處理形成氮化鎵，金屬催化劑容易去除，避免雜質污染。
【附圖說明】
[0014]附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪制。
[0015]圖1~圖6為本發明實施例制作氮化物納米線的工藝步驟(I)至步驟(6)的示意圖。
[0016]附圖標注:100:襯底；101a:氮化鎵緩沖層；101b:氮化鎵柱狀緩沖層；102:氮化硅；103:金屬鎵納米點；104:n型氮化鎵；105:多量子阱層；106:p型氮化鎵。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要知曉的是，本發明的實施方式不限于此。
實施例
[0018]如圖1~圖6所示，本實施例一種氮化物納米線的制作方法，包括以下工藝步驟: 第一步，將藍寶石襯底100置于金屬有機化學氣相沉積反應腔中，將溫度升高至600
度，通過三甲基鎵和氨氣，在襯底上外延生長一層厚度約50nm的氮化鎵緩沖層1la溫度降至室溫，將生長完的晶片取出備用。
[0019]第二步，采用納米壓印技術，在氮化鎵緩沖層上蒸鍍一層光刻膠形成光阻層，曝光顯影后，采用ICP蝕刻成均勻排布的柱狀緩沖層101b，然后，去除光刻膠，柱狀緩沖層的寬度和高度分別為200nm和50nm，間隙為200nm。
[0020]第三步，采用等離子體輻助化學氣相沉積方法，在氮化鎵柱狀緩沖層上蒸鍍一層厚度為50nm的氮化硅102作為掩膜層，由于氮化鎵柱狀緩沖層上方的氮化硅上無法生長氮化鎵，從而可以有效地控制后續生長納米線的間距和均勻性。
[0021]第四步，在無氧環境中，將激光波長為325nm的激光束聚焦在氮化鎵柱狀緩沖層，使氮化鎵分解成金屬鎵納米點103和氮氣，生成的氮氣將柱狀緩沖層上方的掩膜層沖破形成開口，從而制作出金屬鎵納米點103作為自催化劑的催化劑模板。
[0022]第五步，將上述金屬鎵納米點的催化劑模板置于金屬有機化學氣相沉積腔中，使用三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基鋁、三甲基銦等作為III族源，采用硅烷和二茂鎂作為η型和P型的摻雜劑，采用氨氣作為V族源，氮氣或氫氣作為載氣，控制生長溫度在800~1200度，使用金屬鎵納米點作為自催化生長的催化劑，外延生長均勻排列的氮化鎵納米柱陣列，并生長所需的外延結構，該外延結構從下至上依次包括η型氮化鎵104、多量子阱層105以及P型氮化鎵106。
[0023]第六步，氮化鎵納米柱陣列生長完后，頂端的金屬鎵納米點103采用高溫氮化方法，控制生長溫度在1000~1200度，通入氨氣，使鎵原子和氮原子結合生長氮化鎵，從而去除金屬鎵納米點103，制得自催化生長無金屬催化劑的排列均勻的氮化物納米線。
[0024]本實施例通過制備金屬鎵納米點的催化劑模板，采用模板化的生長方式，可以更有效地控制納米線的均勻性和生長取向一致性，有效解決自組織生長納米線排布不均勻的問題，且適合制備大面積的芯片，有利于大規模的量產。此外，由于金屬鎵納米點為氮化鎵的原料之一，直接氮化處理形成氮化鎵，金屬催化劑容易去除，避免雜質污染。
[0025]以上實施方式僅用于說明本發明，而并非用于限定本發明，本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明做出各種修飾和變動，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應視權利要求書范圍限定。
【主權項】
1.一種氮化物納米線的制作方法，包括以下工藝步驟: (1)在襯底上外延生長氮化鎵緩沖層； (2)將緩沖層蝕刻成具有間隙的均勻分布的納米尺度的柱狀緩沖層； (3)在柱狀緩沖層及間隙上沉積氮化硅掩膜層； (4)將激光束聚焦在柱狀緩沖層，使氮化鎵分解成金屬鎵納米點，生成的氮氣將柱狀緩沖層上方的掩膜層沖破，形成金屬鎵納米點的自催化的催化劑模板； (5)使用金屬鎵納米點作為自催化生長的催化劑，外延生長均勻排列的氮化鎵納米柱陣列； (6)采用高溫氮化方法，使納米柱陣列頂端的金屬鎵納米點反應生成氮化鎵。2.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述襯底為硅、藍寶石、碳化硅或玻璃。3.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(I)采用金屬有機化學氣相沉積或磁控濺射法外延生長氮化鎵緩沖層。4.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(2)納米尺度的柱狀緩沖層采用納米壓印技術或納米尺寸的光罩技術來制作納米尺寸的光阻層，然后蝕刻成納米尺度的柱狀緩沖層。5.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述柱狀緩沖層的寬度為10~900nm，高度為10~900nmo6.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述柱狀緩沖層的的間隙為10~900nmo7.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(3)氮化硅掩膜層的厚度為10~500nm，生長方法為磁控濺射或蒸鍍氣相沉積方法。8.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(4)激光波長為100~350nm，激光聚焦在氮化鎵柱狀緩沖層，使其分解為金屬鎵和氮氣，氮氣沖出氮化硅掩膜層形成金屬鎵納米點催化劑模板。9.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(5)氮化鎵自催化生長的方法為金屬有機化學氣相沉積或分子束沉積化學氣相生長方法。10.根據權利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(6)金屬鎵納米點的氮化處理在溫度為1000~1200度，通入氨氣與金屬鎵反應，載氣選擇氮氣或氫氣。
【專利摘要】本發明公開了一種氮化物納米線的制作方法，包括以下工藝步驟：（1）在襯底上外延生長氮化鎵緩沖層；（2）將緩沖層蝕刻成具有間隙的均勻分布的納米尺度的柱狀緩沖層；（3）在柱狀緩沖層及間隙上沉積氮化硅掩膜層；（4）將激光束聚焦在柱狀緩沖層，使氮化鎵分解成金屬鎵納米點，生成的氮氣將柱狀上方的掩膜層沖破，形成金屬鎵納米點的自催化的催化劑模板；（5）使用金屬鎵納米點作為自催化生長的催化劑，外延生長均勻排列的氮化鎵納米線；（6）采用高溫氮化方法，使納米線頂端的金屬鎵納米點反應生成氮化鎵。
【IPC分類】H01L21/205, B82Y40/00
【公開號】CN104966666
【申請號】CN201510436537
【發明人】鄭錦堅, 鄧和清, 尋飛林, 李志明, 杜偉華, 伍明躍, 周啟倫, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申請人】廈門市三安光電科技有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月23日