[發(fā)明專利]一種III族氮化物納米結(jié)構(gòu)的制作方法

有效

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• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN103199004A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭銘曾;翟俊宜;王中林
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王鳳桐;周建秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種III族氮化物納米結(jié)構(gòu)的制作方法，旨在獲得尺寸可控且分布有序的III族氮化物納米結(jié)構(gòu)材料。

背景技術(shù)

作為第三代半導(dǎo)體材料，GaN基材料具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗輻照、耐高溫等優(yōu)勢，是制作高質(zhì)量藍(lán)綠光發(fā)光二極管、紫外探測器和高電子遷移率晶體管的理想材料。并且，GaN基材料兼有優(yōu)良的半導(dǎo)體和壓電兩種物理特性，當(dāng)其被施以外界應(yīng)變時(shí)，Ga³⁺正離子與N^3-負(fù)離子會發(fā)生分離，產(chǎn)生的壓電電勢能夠驅(qū)動材料中的載流子，通過低維納米結(jié)構(gòu)的引入，可以有效地將日常生活中隨機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，如微風(fēng)、身體運(yùn)動、肌肉拉伸、聲波、噪聲、機(jī)械振動以及血液流動等，從而在納米發(fā)電機(jī)、自驅(qū)動傳感器網(wǎng)絡(luò)和納米光機(jī)電一體化系統(tǒng)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，III族氮化物納米結(jié)構(gòu)的生長手段主要有：催化劑輔助氣液固生長、化學(xué)氣相沉積、激光脈沖沉積、等離子輔助分子束外延生長以及選擇區(qū)域沉積等。它們都是在襯底基片上直接生長得到，通過優(yōu)化生長條件實(shí)現(xiàn)材料的三維柱狀生長，通常來說，這些制備方法需要復(fù)雜的生長工藝控制，并且得到的III族氮化物納米結(jié)構(gòu)材料是隨機(jī)分布在襯底基片上，其晶體取向不一致，這非常不利于納米器件的制作和實(shí)際應(yīng)用。而且引入金屬催化劑，容易在材料內(nèi)部形成金屬雜質(zhì)，大大影響制備材料的純度，同時(shí)也污染反應(yīng)腔體。

為此，制備高質(zhì)量、尺寸可控且有序的一種III族氮化物納米柱垂直陣列結(jié)構(gòu)材料的制作方法顯得至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在解決制備III族氮化物納米結(jié)構(gòu)材料中尺寸和取向難控制、納米結(jié)構(gòu)質(zhì)量低下等關(guān)鍵問題，提出了一種采用刻蝕圖形化制作III族氮化物納米結(jié)構(gòu)的方法。

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種III族氮化物納米結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：

在襯底上生長III族氮化物薄膜；

在所述III族氮化物薄膜上涂覆電子束光刻膠層；

采用電子束直寫技術(shù)對所述電子束光刻膠層按照預(yù)先設(shè)計(jì)的納米圖形進(jìn)行曝光；

對曝光后的電子束光刻膠層依次進(jìn)行顯影、定影和清洗處理，在所述III族氮化物薄膜上形成具有所述納米圖形的電子束光刻膠掩膜層；

以所述電子束光刻膠掩膜層為掩膜，在所述III族氮化物薄膜上沉積金屬薄膜層；

采用金屬剝離法去除所述電子束光刻膠掩膜層和電子束光刻膠掩膜層上的金屬薄膜層，在所述III族氮化物薄膜的表面形成與所述電子束光刻膠掩膜層的圖形互補(bǔ)的圖形化金屬掩膜層；

以所述金屬掩膜層為掩膜，采用干法刻蝕技術(shù)刻蝕所述III族氮化物薄膜，形成圖形化納米結(jié)構(gòu)；

腐蝕去除所述金屬掩膜層，形成III族氮化物納米結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述在襯底上生長III族氮化物薄膜為在襯底上生長單層或多層III族氮化物薄膜。

優(yōu)選地，所述III族氮化物薄膜選自氮化鎵、氮化銦、氮化鋁以及它們相互形成的三元材料和四元材料中的一種或者多種；其中，所述三元材料為Al_xGa_1-xN、In_xGa_1-xN和Al_xIn_1-xN中的一種或多種，x值為0<x<1；所述四元材料為Al_xIn_yGa_1-x-yN，x值為0<x<1，y值為0<y<1，且x+y值為0<x+y<1。

優(yōu)選地，所述的III族氮化物薄膜摻雜種類為非摻雜型、N型摻雜型或P型摻雜型。

優(yōu)選地，采用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法、激光脈沖沉積法、分子束外延法、氫化物氣相外延法或脈沖原子層外延法在襯底上生長所述III族氮化物薄膜。

優(yōu)選地，生長的III族氮化物單層薄膜厚度或多層薄膜總厚度為10nm-10μm。

優(yōu)選地，所述電子束光刻膠層的厚度為50-500nm。

優(yōu)選地，所述納米圖形為圓形或者多邊形，所述圓形的直徑或者多邊形的邊長為10-300nm。

優(yōu)選地，所述納米圖形為由多個(gè)納米圖形單元組成的陣列圖形，所述圖形單元為圓形或者多邊形，所述圓形的直徑或者多邊形的邊長為10-300nm。

優(yōu)選地，所述干法刻蝕技術(shù)為感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法或反應(yīng)離子刻蝕法。

優(yōu)選地，采用干法刻蝕技術(shù)刻蝕所述III族氮化物薄膜，形成垂直所述襯底的圖形化納米結(jié)構(gòu)。