III族氮化物衬底制备方法和半导体器件

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体为一种III族氮化物衬底制备方法和半导体器件。

背景技术

深紫外LED作为典型的第三代宽禁带半导体产物，其具有体积小、寿命长、无毒等优点，能够有效地杀灭细菌，对炭疽孢子，大肠杆菌，流感，疟疾等病毒具有高速高效灭杀的功能，被广泛用于表面、空气、水杀菌等。而AlGaN作为深紫外LED的核心材料，其禁带宽度随着Al组分由0到1变化在3.4eV到6.2eV之间连续可调，相应波段覆盖了200--365nm，涵盖了大部分紫外波段，是制备紫外发光与探测器件的理想材料。

现有技术中，对于深紫外LED的生产通常是在蓝宝石衬底上生长出AlN单晶来实现，一般采用直接的干法刻蚀或湿法刻蚀的纳米压印技术制作图形化纳米柱，但直接刻蚀方法又带来如下问题：

1. 容易引起AlN层出现暗裂，导致材料缺陷，对后续外延层及器件的质量及性能带来不利影响；

2.容易导致Cl、Br等杂质离子的残留，造成污染；

3. 直接刻蚀的方法导致AlN纳米柱排列周期性差，大小不均。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种III族氮化物衬底，该III族氮化物衬底质量高、出光率高，其包括：包括衬底、在所述衬底上形成的多孔SiO

优选的，所述多孔SiO

优选的，所述III族氮化物纳米柱截面形状和大小与所述SiO

优选的，所述衬底包含：氧化锌、玻璃、蓝宝石、碳化硅中的任意一种。

优选的，所述III族氮化物纳米柱包含GaN纳米柱、AlN纳米柱、AlGaN纳米柱中的任意一种。

优选的，所述多孔SiO

基于同样的发明构思，本发明另提供一种III族氮化物衬底制备方法，包括如下步骤：

在衬底表面形成多孔SiO

将多孔金属掩膜层覆盖于所述多孔SiO

在所述多孔金属掩膜层上表面和所述一一对应的多孔中同步生长III族氮化物层；带有通孔的金属掩模层与多孔SiO

去除所述多孔金属掩膜层上表面的III族氮化物层；另一方面，通过带周期性孔的掩模层和SiO

优选的，其中，在衬底表面形成多孔SiO

在所述衬底表面生长SiO

通过刻蚀方法在所述SiO

优选的，其中，所述多孔金属掩膜层由金属掩膜板通过刻蚀方法形成。

优选的，其中，通过化学气相沉积或分子束外延方法生长所述III族氮化物层。

优选的，其中，通过刻蚀方法分别去除所述多孔金属掩膜层上表面的III族氮化物层和多孔金属掩膜层。

优选的，其中，所述金属掩膜层材料选自Al、Ni、Ti、Cr、Au、Ag及合金。

优选的，其中，所述纳米级中空结构的高度为10nm~500nm；所述III族氮化物纳米柱高于所述多孔SiO

本发明另提供一种半导体器件，包括上述任一III族氮化物衬底或包括：通过上述任一所述的方法制备的III族氮化物衬底。

有益效果：

1.在衬底表面生长SiO

2.带有通孔的金属掩模层与SiO

3.本发明提供的方法，通过掩模层和SiO

4.本发明提供的方法，掩膜层下表面带有的纳米级凸出结构，便于控制纳米柱生长高度，尤其可使得生长的纳米柱高于掩膜层和SiO

附图说明

图1为本发明提供的在衬底上形成的多孔SiO

图2为本发明提供的生长III族氮化物纳米柱的方法示意图；

图3为本发明提供的III族氮化物衬底结构示意图；

图4为本发明提供的III族氮化物衬底制备方法的流程示意图。

衬底1，多孔SiO

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

如图3所示，为本发明提供的III族氮化物衬底结构示意图，该结构自下而生依次包括衬底1、多孔SiO

基于同样的发明构思，本发明还提供一种III族氮化物衬底制备方法，如图4所示，包括如下步骤：

S1、在衬底表面形成50nm的多孔SiO

S2、将50nm的多孔金属掩膜层覆盖于所述多孔SiO

S3、在所述多孔金属掩膜层上表面和所述一一对应的多孔中同步生长III族氮化物层；其中，通过化学气相沉积或分子束外延方法生长所述III族氮化物层。

S4、去除所述多孔金属掩膜层上表面的III族氮化物层；

S5、去除所述多孔金属掩膜层形成周期性排列的高度为200nm的III族氮化物纳米柱；其中，通过刻蚀方法分别去除所述多孔金属掩膜层上表面的III族氮化物层和多孔金属掩膜层，所述金属掩膜层材料可以为Al、Ni、Ti、Cr、Au、Ag及合金。

本发明还提供一种半导体器件，包括上述任一III族氮化物衬底或包括：通过上述任一方法制备的III族氮化物衬底。

下面通过具体的实施方式来描述本发明的具体实施过程：

实施例1本实施例提供一种AlN纳米柱复合衬底制备方法

该方法包括如下步骤：

1.多孔SiO

如图1所示，该过程包括：

（1）将蓝宝石衬底1放入离子增强化学气相沉积设备中，通入硅烷和二氧化碳气体，在蓝宝石表面形成一层厚度为10nm的SiO

（2）将生长有SiO

2.AlN纳米柱形成过程

如图2和图3所示，该过程包括：

（1）将带有直径为500nm、间距为1000nm且呈周期性排列圆孔的Ni金属掩膜层3覆盖在多孔SiO

（2）将上述衬底放入金属有机化学气相沉积设备反应腔中，将温度升至1150℃，控制反应室压力为100mbar，同时通入三甲基铝、氢气和氨气，在中空结构的通孔和金属掩膜层3上表面生长厚度为600nm的AlN层。

（3）将上述生长完AlN的衬底放入反应离子刻蚀机中，控制工艺条件，去除金属掩模层上表面的AlN层。

（4）将去除金属掩模板上层AlN的衬底放入反应离子刻蚀机中，控制工艺条件，去除金属掩膜层3制得AlN纳米柱4复合的衬底。

（5）将上述AlN纳米柱复合的衬底放入清洗机中清洗即得到本实施例衬底。

本实施例带有通孔的金属掩模层与SiO

实施例2本实施例提供一种GaN纳米柱复合衬底制备方法

该方法包括：

（1）将碳化硅衬底放入离子增强化学气相沉积设备中，通入硅烷和二氧化碳气体，在蓝宝石表面形成一层厚度为5nm的SiO

（2）将生长有SiO

（3）将带有直径为50nm、间距为600nm且呈周期性排列圆孔的Ni金属掩膜层覆盖在多孔SiO

（4）将上述衬底放入金属有机化学气相沉积设备反应腔中，将温度升至950℃，控制反应室压力为200mbar，同时通入三甲基镓、氢气和氨气，在中空结构的通孔和金属掩膜层上表面生长厚度为250nm的GaN层。

（5）将上述生长完GaN层的衬底放入反应离子刻蚀机中，控制工艺条件，去除金属掩模层上表面的GaN层。

（6）将去除金属掩模板上层GaN的衬底放入反应离子刻蚀机中，控制工艺条件，去除金属掩膜层制得GaN纳米柱复合的衬底。

（7）将上述GaN纳米柱复合的衬底放入清洗机中清洗即得到本实施例衬底。

本实施例参考实施例1的制备方法制备出禁带宽度更大的GaN纳米柱复合的衬底，由于SiC衬底具有优良的导电性能和导热性能，可以较好地解决功率型GaNLED器件的散热问题。同蓝宝石相比，SiC与GaN的晶格匹配更好，更容易形成表面光滑无裂纹的复合衬底。另一方面，GaN的折射率与SiO

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。