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1、10申请公布号CN102347214A43申请公布日20120208CN102347214ACN102347214A21申请号201110188544122申请日20110706H01L21/02200601H01L21/20520060171申请人德泓（福建）光电科技有限公司地址364101福建省永定县莲花工业区一号72发明人于广辉师小萍王斌74专利代理机构上海泰能知识产权代理事务所31233代理人黄志达谢文凯54发明名称一种用于生长厚膜GAN材料的图形化模板的制备方法57摘要本发明涉及一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，包括1选择表面生长了GAN外延层的SI衬底作为模板；2沉积一。
2、层SIO2或SINX介质薄层；3通过光刻、沉积金属和剥离的方法获得图形化的金属薄层；4采用干法刻蚀技术刻蚀介质层/GAN/SI衬底；5去除残留的金属；6通过氧化或氮化处理，使得SI的表面覆盖SIO2或SINX层，即得。本发明简单，充分利用SI衬底尺寸大的优势，实现大尺寸GAN同质衬底的制备，适合于工业化生产；空气桥结构的外延生长方法，大大释放了GAN外延层中的应力，避免了由于GAN和SI之间的大失配而造成厚膜GAN碎裂。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN102347233A1/1页21一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，。
3、包括1选择表面生长了GAN外延层的SI衬底作为模板；2在步骤1中所述的模板上，沉积一层SIO2或SINX介质薄层；3在上述SIO2或SINX介质薄层上通过光刻、沉积金属和剥离的方法获得图形化的金属薄层；4采用干法刻蚀技术对上述步骤3的结构进行刻蚀，刻蚀一直深入到SI衬底，得到图形化的金属层/介质层/GAN/SI衬底结构；5去除金属层/介质层/GAN/SI衬底结构上残留的金属；6通过氧化或氮化处理，使得步骤4中露出的SI的表面覆盖SIO2或SINX层，即得图形化的介质层/GAN/SI衬底模板。2根据权利要求1所述的一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，其特征在于所述步骤1在SI衬底上，采。
4、用氢化物气相外延生长、金属有机化学气相沉积或分子束外延方法生长作为模板的GAN外延层，生长的GAN外延层厚度为0150M。3根据权利要求1所述的一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，其特征在于所述步骤1在GAN外延层和SI衬底之间含有ALGAN、ALN成核层或者插入层结构。4根据权利要求1所述的一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，其特征在于所述步骤2在GAN外延层上沉积的SIO2或SINX介质薄膜的厚度为10NM10M。5根据权利要求1所述的一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，其特征在于所述步骤4中的干法刻蚀技术为反应离子刻蚀和诱导藕合等离子体刻蚀。6根据权利要求1。
5、或5所述的一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，其特征在于所述步骤4中的干法刻蚀技术为诱导藕合等离子体方法刻蚀掉GAN，然后再用反应离子刻蚀方法刻蚀衬底SI，而SIO2或SINX介质的刻蚀采用干法刻蚀或者碱性溶液去除。7根据权利要求1所述的一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，其特征在于所述步骤5使用酸或碱溶液去除金属层/介质层/GAN/SI衬底结构中的金属。8根据权利要求1所述的一种用于生长GAN材料的图形化模板的制备方法，其特征在于该方法适用于生长厚膜GAN材料。权利要求书CN102347214ACN102347233A1/3页3一种用于生长厚膜GAN材料的图形化模板的制备。
6、方法技术领域0001本发明属生长GAN材料的模板领域，特别是涉及一种用于生长厚膜GAN材料的图形化模板的制备方法。背景技术0002GAN基蓝色和紫外发光二极管及激光器等光电器件具有广阔的应用前景，因此吸引力人们浓厚的兴趣。然而，由于很难获得高质量及成本合理的GAN衬底，现在许多GAN基光电器件是异质外延生长在蓝宝石等异质衬底上，这些异质衬底与GAN材料之间的晶格常数和热膨胀系数失配将在GAN膜的生长过程中引入位错，在冷却过程中产生裂纹，从而影响外延膜的质量，进而影响器件的性能。因此，制备GAN同质衬底是进一步发展GAN基器件的关键。0003国内外研究人员已经采用了一些方法来降低GAN同质衬底中。
7、的位错密度，减少材料中的应力，提高GAN膜质量，其中包括横向外延过生长ELOG技术、生长中断技术等，但这些工作大多数都是针对生长在蓝宝石衬底厚膜GAN开展的，而SI衬底虽然容易去除，但是SI和GAN之间的晶格失配非常大，同时SI与GA之间容易发生互熔从而影响生长，因此目前还没有成功用于GAN同质衬底的制备。0004如何在提高GAN外延材料质量的同时又能够很容易实现GAN膜与衬底之间的剥离是获取GAN同质衬底的关键。发明内容0005本发明所要解决的技术问题是提供一种用于生长厚膜GAN材料的图形化模板的制备方法，该方法简单，充分利用SI衬底尺寸大的优势，可以用于大尺寸GAN同质衬底的制备，适合于工。
8、业化生产；空气桥结构的外延生长方法，大大释放了GAN外延层中的应力，避免了由于GAN和SI之间的大失配而造成厚膜GAN碎裂。0006本发明的一种用于生长厚膜GAN材料的图形化模板的制备方法，包括00071选择表面生长了GAN外延层的SI衬底作为模板；00082在步骤1中所述的模板上，沉积一层SIO2或SINX介质薄层；00093在上述SIO2或SINX介质薄层上通过光刻、沉积金属和剥离的方法获得图形化的金属薄层；00104采用干法刻蚀技术对上述步骤3的结构进行刻蚀，刻蚀一直深入到SI衬底，得到图形化的金属层/介质层/GAN/SI衬底结构；00115去除金属层/介质层/GAN/SI衬底结构残留的。
9、金属；00126通过氧化或氮化处理，使得步骤4中露出的SI的表面覆盖SIO2或SINX层，即得图形化的介质层/GAN/SI衬底模板。0013所述步骤1在SI衬底上，采用氢化物气相外延生长HVPE、金属有机化学气相沉积MOCVD、分子束外延MBE方法中的任意一种生长作为模板的GAN外延层，生长的说明书CN102347214ACN102347233A2/3页4GAN外延层厚度为0150M。在GAN外延层和SI衬底之间可以含有ALGAN、ALN等成核层或者插入层结构。0014所述步骤2在GAN外延层上沉积的SIO2或SINX介质薄膜的厚度为10NM10M。0015所述步骤4中的干法刻蚀技术为反应离子。
10、刻蚀和诱导藕合等离子体刻蚀。0016更进一步所述步骤4中的干法刻蚀技术为诱导藕合等离子体ICP方法刻蚀掉GAN，然后再用反应离子刻蚀RIE方法刻蚀衬底SI，而SIO2或SINX介质的刻蚀可以采用干法刻蚀或者碱性溶液去除。0017所述步骤5使用酸或碱溶液去除金属层/介质层/GAN/SI衬底结构残留的金属。0018该方法适用于生长GAN厚膜5M以上材料。0019将本发明的图形化的介质层/GAN/SI衬底模板置于MOCVD或者HVPE设备中生长厚膜GAN。生长时，由于GAN外延层表面有SIO2或SINX层，因此GAN将选择生长在的GAN外延层的侧壁上，经过横向外延生长过程连接成完整的GAN膜，进而再。
11、次选择外延生长并形成厚膜GAN，而在SI表面由于有SIO2或SINX层能够有效抑制GAN的结晶而不能实现生长，从而在GAN膜的下方形成孔隙，实现了空气桥方式的生长。0020有益效果00211本发明的方法简单，充分利用SI衬底尺寸大的优势，实现大尺寸根据硅片尺寸GAN同质衬底的制备，适合于工业化生产；00222本发明采用介质层/GAN/SI衬底图形化模板，实现了材料的两次横向外延过生长，减少了位错密度，提高了晶体质量；00233由于本发明的空气桥结构的外延生长方法，大大释放了GAN外延层中的应力，避免了由于GAN和SI之间的大失配而造成厚膜GAN碎裂。附图说明0024图1为本发明提供的图形化介质。
12、层/GAN/SI衬底模板上生长厚膜GAN的结构示意图，其中1SI；2SIO2或SINX；3孔洞；4GAN外延层5介质层；6外延生长的厚膜GAN；0025图2为实施例1所得的图形化的SIO2/GAN/SI衬底模板上生长的GAN膜的横截面扫描电镜图；其中6厚膜GAN，5SIO23孔洞，1SI。具体实施方式0026下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。0027实施例100281在SI衬底上采用MOCVD。
13、方法生长一层约15M厚的GAN外延层作为模板；00292在GAN外延层上，PECVD方法沉积一层约200NM的SIO2介质薄层；00303在SIO2介质薄层上通过光刻工艺获得图形化的光刻胶掩膜；在光刻图形上用电子束蒸发金属和剥离的方法获得7M金属条和3M缝隙相间的图形化的金属薄层，金说明书CN102347214ACN102347233A3/3页5属的层总厚度为200NM；00314利用金属条作为掩膜，先用ICP方法刻蚀掉窗口处的SIO2介质和GAN，然后再用RIE方法刻蚀衬底SI，得到的金属层/介质层/GAN/SI衬底结构；通过刻蚀使部分的GAN外延层处于悬空状态；00325用盐酸去除SIO2层上残留的金属；00336通过氧化处理，使得沟槽处露出的SI的表面覆盖SIO2层，以避免SI表面的成核以及GA、SI互熔，从而得到图形化的SIO2/GAN/SI衬底模板；00347经清洗后，将模板放入MOCVD反应室，进行生长，得到平整的厚膜GAN如图2所示。说明书CN102347214ACN102347233A1/1页6图1图2说明书附图CN102347214A。