[發(fā)明專利]用于氮化物外延生長的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710117617.1
• 申請日: 2007-06-20
• 公開（公告）號: CN101330002A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆發(fā)旺;高海永;張揚(yáng);李晉閩;曾一平;王國宏;張會肖
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L33/00;H01L31/18;H01S5/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種用于氮化物外延生長的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法。該圖形藍(lán)寶石襯底可用于低位錯密度、高晶體質(zhì)量氮化物的外延生長。

背景技術(shù)

以III-V族氮化鎵(GaN)為代表的氮化物化合物半導(dǎo)體，如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鎵銦(InGaN)、氮化鋁銦(AlInN)或氮化鋁鎵銦(AlGaInN)等在紫外/藍(lán)光/綠光發(fā)光二極管、激光器、太陽光盲紫外光電探測器以及高頻、高溫大功率電子器件等諸多領(lǐng)域有著重要而廣泛的應(yīng)用。目前藍(lán)寶石襯底是氮化物進(jìn)行異質(zhì)外延生長最為常用的襯底。由于藍(lán)寶石襯底和氮化物外延層間存在很大晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)差異，因此利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)、氫化物氣相外延(HVPE)或分子束外延(MBE)等外延技術(shù)生長的氮化物外延層中存在很大的應(yīng)力和很多晶體缺陷如位錯等，材料的晶體質(zhì)量因此受到很大影響，進(jìn)而劣化了器件性能。采用圖形化藍(lán)寶石襯底技術(shù)可以緩解藍(lán)寶石襯底和氮化物外延層異質(zhì)外延生長中由于晶格失配引起的應(yīng)力，使之得到有效的弛豫，大大降低外延生長的氮化物材料中的位錯密度，使晶體質(zhì)量得到很大提高。但目前圖形藍(lán)寶石襯底的制備技術(shù)大多是采用傳統(tǒng)的光刻法制備出光刻圖形，然后以二氧化硅(SiO₂)或氮化硅(SiN₄)層為掩膜，再利用反應(yīng)離子(RIE)或感應(yīng)耦合等離子(ICP)等設(shè)備干法刻蝕而形成的。由于工藝過程中涉及干法刻蝕設(shè)備，因此工藝過程復(fù)雜、成本較高，同時藍(lán)寶石襯底易受干法刻蝕損傷與污染。為了更有效地應(yīng)用于低位錯密度、高晶體質(zhì)量的氮化物的外延生長，發(fā)展成本低、易于實(shí)現(xiàn)的圖形化藍(lán)寶石襯底技術(shù)勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種用于氮化物外延生長的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，這種方法可以有效地降低氮化物外延層中的位錯密度，避免裂紋的產(chǎn)生，提高外延材料的晶體質(zhì)量和均勻性，進(jìn)而能改善光電器件的性能。該制備技術(shù)不涉及反應(yīng)離子(RIE)或感應(yīng)耦合等離子(ICP)等干法刻蝕設(shè)備，具有成本低，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制作等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明提供一種用于氮化物外延生長的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：在用于氮化物外延生長的藍(lán)寶石襯底上淀積一層二氧化硅膜；

步驟2：利用常規(guī)光刻技術(shù)制備出光刻圖形的掩膜；

步驟3：利用氫氟酸+氟化氨+H₂O混合液，將光刻圖形刻蝕到二氧化硅膜上；

步驟4：以圖形二氧化硅膜作為掩膜，采用硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕藍(lán)寶石襯底，將圖形刻蝕到藍(lán)寶石襯底上；

步驟5：利用稀氫氟酸溶液濕法腐蝕去掉殘余的二氧化硅膜，并將藍(lán)寶石襯底清洗干凈，完成圖形藍(lán)寶石襯底的制備。

其中所述的藍(lán)寶石襯底為(0001)或c面、(1102)或r面、(1010)或m面、(1120)或a面藍(lán)寶石襯底中的任何一種。

其中二氧化硅膜的厚度為20納米-2微米。

其中光刻圖形為周期性圖形陣列，且其光刻圖形的單元由圓形、方形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何一種或幾種組合而成。

其中光刻圖形中每個單元的尺寸及間距為1微米-10微米。

其中光刻圖形的結(jié)構(gòu)為臺面狀或凹槽狀中的任何一種或兩種組合。

其中硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕的溫度為320℃-520℃之間，刻蝕的時間為30秒-30分鐘。

其中用于氮化物外延生長的氮化物是氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鎵銦、氮化鋁銦或氮化鋁鎵銦中的任何一種或幾種的組合。

其中用于氮化物外延生長的方法為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積方法、氫化物氣相外延方法或分子束外延的方法中的任何一種或幾種組合。

本發(fā)明的用于氮化物外延生長的圖形藍(lán)寶石襯底的制作方法，具有成本低、使藍(lán)寶石襯底免于干法刻蝕損傷等優(yōu)點(diǎn)。該圖形藍(lán)寶石襯底可用于低位錯密度、高晶體質(zhì)量氮化物的外延生長。

附圖說明

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施的實(shí)例對本發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中：

圖1是用于氮化物外延生長的藍(lán)寶石襯底光刻圖形后的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖中1為藍(lán)寶石襯底，2是二氧化硅膜，3是光刻膠層；