[發明專利]一種納米圖形化襯底及其制作方法

在審

• 申請號: 202011474285.4
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112687778A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 徐廣源;崔志強;賈曉龍;孟錫俊;蔣國文
• 申請（專利權）人: 北京中科優唯科技有限公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/00;H01L21/02
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 張永輝

本專利公開了一種納米圖形化襯底的制作方法，所述方法包括：步驟一、在襯底上施加具有多個孔洞的模板，所述孔洞的直徑范圍為100nm?800nm；步驟二、透過所述模板的孔洞向所述襯底與所述孔洞對應的表面施加氮化鋁層；步驟三、將施加有氮化鋁層的襯底進行退火。本專利還公開了使用上述方法制作的納米圖形化襯底。通過上述方案使得襯底具有納米圖形化襯底以及磁控濺射形成氮化鋁襯底的優點。同時無需復雜的步驟制作圖形化襯底也無需在襯底上另外形成緩沖層而直接在襯底上生長高質量的半導體外延材料。因此簡化了生產工藝并提高了襯底的質量。

技術領域

本專利屬于半導體外延襯底制作領域，涉及一種納米圖形化襯底及其制作方法，尤其是用于生長單層氮化鋁或深紫外LED外延結構的襯底，涉及一種圖形化襯底的結構及制作方法。

背景技術

在納米圖形化襯底上生長氮化鋁或鋁鎵氮，可以通過側向外延的生長方式，有效降低氮化鋁或鋁鎵氮的穿透位錯密度(TDDs)，提高以此材料為基礎生長的 LED結構中電子和空穴的輻射復合效率，改善LED的可靠性和壽命。另外，納米圖形化襯底能改變LED器件內部光的傳播方向，提高LED的光提取效率。

但是，在藍寶石納米圖形化襯底上直接生長氮化鋁時，需要的合并厚度比較厚，約為1.5～3um。因為，藍寶石材質的襯底表面直接生長氮化鋁為異質外延，由于藍寶石和氮化鋁之間存在較大的熱失配和晶格失配，使得藍寶石材質的襯底后期在MOCVD設備中生長氮化鋁單層或LED結構時需要增加復雜的過度層工藝。并且，這種技術方案下生長的氮化鋁或鋁鎵氮的穿透位錯密度(TDDs)高，降低了以此材料為基礎生長的LED結構的內量子效率(IQE)。

在現有技術中，納米圖形化襯底的主要制備工藝為：在藍寶石表面采用納米壓印的技術來制備，首先需要在藍寶石表面通過PECVD沉積一定厚度的二氧化硅，然后用旋轉涂膠的方法涂上一層壓印膠。將納米壓印模板放到襯底的涂膠面上，并給予一定的壓力，將壓印模板上的圖形轉移到壓印膠上。在使用紫外光將壓印膠固化后，先使用ICP刻蝕工藝以壓印膠為掩膜刻蝕二氧化硅，將圖像轉移到二氧化硅上，再以二氧化硅為掩膜刻蝕藍寶石，將圖形轉移到藍寶石上，從而制得納米圖形化藍寶石襯底。此工藝制得的圖形化襯底的襯底和圖形均為藍寶石材質，且此制備工藝較為復雜，質量不易控制。

濺射氮化鋁為多晶且穿透位錯密度(TDDs)高，在其表面用MOCVD工藝直接生長的氮化鋁晶體質量較差、且內應力大，容易產生裂紋。

對濺射氮化鋁進行高溫退火可以顯著改善濺射氮化鋁的雙晶質量，在經過退火后的濺射氮化鋁表面通過MOCVD工藝生長200～400nm左右的氮化鋁就可以制備出高質量的氮化鋁，作為深紫外LED的外延基底材料。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種納米圖形化襯底及其制作方法，以提高制作納米圖形化襯底的效率且能夠提高在該襯底上生長的半導體材料的質量。

為了解決上述技術問題，本專利提供的技術方案包括：

根據本專利的一個方面，提供一種納米圖形化襯底的制作方法，所述方法包括：步驟一、在襯底上施加具有多個孔洞的模板，所述孔洞的直徑范圍為 100nm～800nm；步驟二、透過所述模板的孔洞向所述襯底與所述孔洞對應的表面施加氮化鋁層；步驟三、將施加有氮化鋁層的襯底進行退火。

優選地，在所述步驟二中，通過磁控濺射施加所述氮化鋁層。

優選地，所述磁控濺射的環境包括：工作功率為1000～4000W，氮氣流量為 80～200sccm，氧氣流量為0.1～2sccm，氬氣流量為0.1～40sccm，溫度為400～750℃。

優選地，所述氮化鋁層的厚度為10～200nm。

優選地，所述步驟三中退火的環境包括：溫度為500～1000℃，退火時間為 0.2～3h，退火氣氛為氮氣，氮氣流量為200～10000sccm。