一種氮化物納米線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體外延生長、氮化物薄膜生長領(lǐng)域，特別是一種氮化物納米線的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于納米線具有獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)、比表面積大、晶體質(zhì)量好等優(yōu)勢，制作成納米尺寸的器件具有優(yōu)越的性能。氮化物納米線的生長技術(shù)和原理已取得長足的進(jìn)步，可利用金屬液滴作為催化劑或采用自催化的方法生長氮化物納米線。但由于金屬液滴作為催化劑，難以控制其在襯底表面分布的均勻性，同時(shí)，生長完的納米線又會混入金屬雜質(zhì)，難以有效清除干凈，進(jìn)而影響器件性能；而采用自催化生長方法，鎵液滴一般在襯底上無序地排列，采種退火的方法亦無法解決排布不均勻的問題，因此，制作成的納米線陣列亦排布不均勻，難以適用于大規(guī)模的量產(chǎn)需要。
[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在氮化物納米線外延生長的問題。因此有必要提出一種新的一種氮化物納米線的制作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對目前氮化物納米線陣列生長過程容易引用雜質(zhì)和排布不均勻的問題，提出一種氮化物納米線的制作方法，采用金屬鎵納米點(diǎn)的模板，自催化生長無金屬催化劑的排列均勻的氮化物納米線，該方法包括以下步驟:(I)在襯底上外延生長氮化鎵緩沖層；(2)將緩沖層蝕刻成均勻分布的納米尺度的柱狀緩沖層；(3)在柱狀緩沖層及間隙沉積氮化硅掩膜層；(4)將激光束聚焦在柱狀緩沖層，使氮化鎵分解成金屬鎵納米點(diǎn)，生成的氮?dú)鈱⒅鶢罹彌_層上方的掩膜層沖破，形成鎵納米點(diǎn)的自催化的催化劑模板；(5)使用金屬鎵納米點(diǎn)作為自催化生長的催化劑，外延生長均勻排列的氮化鎵納米柱陣列；(6)采用高溫氮化方法，使納米柱陣列頂端的金屬鎵納米點(diǎn)反應(yīng)生成氮化鎵。
[0005]進(jìn)一步地，所述襯底為硅、藍(lán)寶石、碳化硅、玻璃等，優(yōu)選藍(lán)寶石襯底。
[0006]進(jìn)一步地，所述步驟(I)采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或磁控濺射等設(shè)備和方法外延生長氮化鎵緩沖層，生長溫度為200~800度，生長厚度10~500nm。
[0007]進(jìn)一步地，所述步驟(2)納米尺度的柱狀緩沖層采用納米壓印技術(shù)或納米尺寸的光罩技術(shù)來制作光阻層，然后，采用ICP等干法蝕刻成納米尺度的柱狀緩沖層。
[0008]進(jìn)一步地，所述柱狀緩沖層的寬度為10~900nm，高度為10~900nm，間隙為10?900nm。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟(3)氮化硅掩膜層的厚度為10~500nm，生長方法為磁控濺射或蒸鍍等氣相沉積方法。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟(4)激光波長為100~350nm，激光聚焦在氮化鎵柱狀緩沖層，使其分解為金屬鎵和氮?dú)猓獨(dú)鉀_出氮化硅掩膜層形成金屬鎵納米點(diǎn)催化劑模板。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述步驟(5)氮化鎵自催化生長的方法為金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或分子束沉積等化學(xué)氣相生長方法，III族源采用三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基鋁、三甲基銦，摻雜劑采用硅烷和二茂鎂，V族源采用氨氣，載氣采用氮?dú)饣驓錃?，生長溫度為800~1200度。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟(6)金屬鎵納米點(diǎn)的氮化處理在溫度為1000~1200度，通入氨氣與金屬鎵反應(yīng)，載氣選擇氮?dú)饣驓錃狻?br>[0013]本發(fā)明通過制備金屬鎵納米點(diǎn)的模板，生長均勻排布的氮化物納米線，有效解決自組織生長納米線排布不均勻的問題，且適合制備大面積的芯片，有利于大規(guī)模的量產(chǎn)。另夕卜，由于金屬鎵納米點(diǎn)為氮化鎵的原料之一，直接氮化處理形成氮化鎵，金屬催化劑容易去除，避免雜質(zhì)污染。
【附圖說明】
[0014]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0015]圖1~圖6為本發(fā)明實(shí)施例制作氮化物納米線的工藝步驟(I)至步驟(6)的示意圖。
[0016]附圖標(biāo)注:100:襯底；101a:氮化鎵緩沖層；101b:氮化鎵柱狀緩沖層；102:氮化硅；103:金屬鎵納米點(diǎn)；104:n型氮化鎵；105:多量子阱層；106:p型氮化鎵。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要知曉的是，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例
[0018]如圖1~圖6所示，本實(shí)施例一種氮化物納米線的制作方法，包括以下工藝步驟: 第一步，將藍(lán)寶石襯底100置于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔中，將溫度升高至600
度，通過三甲基鎵和氨氣，在襯底上外延生長一層厚度約50nm的氮化鎵緩沖層1la溫度降至室溫，將生長完的晶片取出備用。
[0019]第二步，采用納米壓印技術(shù)，在氮化鎵緩沖層上蒸鍍一層光刻膠形成光阻層，曝光顯影后，采用ICP蝕刻成均勻排布的柱狀緩沖層101b，然后，去除光刻膠，柱狀緩沖層的寬度和高度分別為200nm和50nm，間隙為200nm。
[0020]第三步，采用等離子體輻助化學(xué)氣相沉積方法，在氮化鎵柱狀緩沖層上蒸鍍一層厚度為50nm的氮化硅102作為掩膜層，由于氮化鎵柱狀緩沖層上方的氮化硅上無法生長氮化鎵，從而可以有效地控制后續(xù)生長納米線的間距和均勻性。
[0021]第四步，在無氧環(huán)境中，將激光波長為325nm的激光束聚焦在氮化鎵柱狀緩沖層，使氮化鎵分解成金屬鎵納米點(diǎn)103和氮?dú)?，生成的氮?dú)鈱⒅鶢罹彌_層上方的掩膜層沖破形成開口，從而制作出金屬鎵納米點(diǎn)103作為自催化劑的催化劑模板。
[0022]第五步，將上述金屬鎵納米點(diǎn)的催化劑模板置于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積腔中，使用三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基鋁、三甲基銦等作為III族源，采用硅烷和二茂鎂作為η型和P型的摻雜劑，采用氨氣作為V族源，氮?dú)饣驓錃庾鳛檩d氣，控制生長溫度在800~1200度，使用金屬鎵納米點(diǎn)作為自催化生長的催化劑，外延生長均勻排列的氮化鎵納米柱陣列，并生長所需的外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)從下至上依次包括η型氮化鎵104、多量子阱層105以及P型氮化鎵106。
[0023]第六步，氮化鎵納米柱陣列生長完后，頂端的金屬鎵納米點(diǎn)103采用高溫氮化方法，控制生長溫度在1000~1200度，通入氨氣，使鎵原子和氮原子結(jié)合生長氮化鎵，從而去除金屬鎵納米點(diǎn)103，制得自催化生長無金屬催化劑的排列均勻的氮化物納米線。
[0024]本實(shí)施例通過制備金屬鎵納米點(diǎn)的催化劑模板，采用模板化的生長方式，可以更有效地控制納米線的均勻性和生長取向一致性，有效解決自組織生長納米線排布不均勻的問題，且適合制備大面積的芯片，有利于大規(guī)模的量產(chǎn)。此外，由于金屬鎵納米點(diǎn)為氮化鎵的原料之一，直接氮化處理形成氮化鎵，金屬催化劑容易去除，避免雜質(zhì)污染。
[0025]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修飾和變動(dòng)，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)視權(quán)利要求書范圍限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氮化物納米線的制作方法，包括以下工藝步驟: (1)在襯底上外延生長氮化鎵緩沖層； (2)將緩沖層蝕刻成具有間隙的均勻分布的納米尺度的柱狀緩沖層； (3)在柱狀緩沖層及間隙上沉積氮化硅掩膜層； (4)將激光束聚焦在柱狀緩沖層，使氮化鎵分解成金屬鎵納米點(diǎn)，生成的氮?dú)鈱⒅鶢罹彌_層上方的掩膜層沖破，形成金屬鎵納米點(diǎn)的自催化的催化劑模板； (5)使用金屬鎵納米點(diǎn)作為自催化生長的催化劑，外延生長均勻排列的氮化鎵納米柱陣列； (6)采用高溫氮化方法，使納米柱陣列頂端的金屬鎵納米點(diǎn)反應(yīng)生成氮化鎵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述襯底為硅、藍(lán)寶石、碳化硅或玻璃。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(I)采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或磁控濺射法外延生長氮化鎵緩沖層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(2)納米尺度的柱狀緩沖層采用納米壓印技術(shù)或納米尺寸的光罩技術(shù)來制作納米尺寸的光阻層，然后蝕刻成納米尺度的柱狀緩沖層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述柱狀緩沖層的寬度為10~900nm，高度為10~900nmo6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述柱狀緩沖層的的間隙為10~900nmo7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(3)氮化硅掩膜層的厚度為10~500nm，生長方法為磁控濺射或蒸鍍氣相沉積方法。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(4)激光波長為100~350nm，激光聚焦在氮化鎵柱狀緩沖層，使其分解為金屬鎵和氮?dú)?，氮?dú)鉀_出氮化硅掩膜層形成金屬鎵納米點(diǎn)催化劑模板。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(5)氮化鎵自催化生長的方法為金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或分子束沉積化學(xué)氣相生長方法。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物納米線的制作方法，其特征在于:所述步驟(6)金屬鎵納米點(diǎn)的氮化處理在溫度為1000~1200度，通入氨氣與金屬鎵反應(yīng)，載氣選擇氮?dú)饣驓錃狻?br>【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化物納米線的制作方法，包括以下工藝步驟：（1）在襯底上外延生長氮化鎵緩沖層；（2）將緩沖層蝕刻成具有間隙的均勻分布的納米尺度的柱狀緩沖層；（3）在柱狀緩沖層及間隙上沉積氮化硅掩膜層；（4）將激光束聚焦在柱狀緩沖層，使氮化鎵分解成金屬鎵納米點(diǎn)，生成的氮?dú)鈱⒅鶢钌戏降难谀記_破，形成金屬鎵納米點(diǎn)的自催化的催化劑模板；（5）使用金屬鎵納米點(diǎn)作為自催化生長的催化劑，外延生長均勻排列的氮化鎵納米線；（6）采用高溫氮化方法，使納米線頂端的金屬鎵納米點(diǎn)反應(yīng)生成氮化鎵。
【IPC分類】H01L21/205, B82Y40/00
【公開號】CN104966666
【申請?zhí)枴緾N201510436537
【發(fā)明人】鄭錦堅(jiān), 鄧和清, 尋飛林, 李志明, 杜偉華, 伍明躍, 周啟倫, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申請人】廈門市三安光電科技有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月23日