硅衬底上III族氮化物外延薄膜的选区生长方法及结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104637795A(43)申请公布日2015.05.20(21)申请号201510050080.6(22)申请日2015.01.30(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人于彤军冯晓辉贾传宇张国义(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙)11360代理人王岩(51)Int.Cl.H01L21/205(2006.01)C30B25/02(2006.01)C23C16/34(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称硅衬底上III族氮化物外延薄膜的选区生长方法及结构(57)摘要本发明公开了一种硅衬底上III族氮化物外延薄膜的选区生长方法及结构。本发明采用了碳纳米管阵列作为微米/纳米复合尺寸掩膜，可直接得到高质量的III族氮化物外延薄膜，在较小厚度内得到表面光亮，且高质量、低应力的III族氮化物外延薄膜；碳纳米管掩膜的制备具有工艺简单，成本低廉、环保、化学性质稳定、耐高温以及表面洁净度高等优点；还具有图形的尺寸、形状均灵活且精确可控的优点；还可以在外延薄膜中多次插入碳纳米管掩膜，以形成周期性碳纳米管掩膜结构，进一步提高III族氮化物外延薄膜的晶体质量，并且由于碳纳米管具有热导率高和电导率高等特点，因此对后续制得的微电子或光电子器件而言，可以起到散热及电流扩展等作用。CN104637795ACN104637795A权利要求书1/2页1.一种硅衬底上III族氮化物外延薄膜的选区生长方法，其特征在于，所述选区生长方法包括以下步骤：1)选取衬底：衬底采用晶向为<111>、<110>或<100>的硅衬底，或者采用在硅衬底上外延生长了厚度为10～1000nm的AlN成核层的复合衬底；2)在衬底上铺设碳纳米管掩膜：将已生长好的碳纳米管薄膜从其生长衬底上剥离，然后依据需要在衬底上铺设单层或多层碳纳米管薄膜，形成碳纳米管掩膜，最终形成的碳纳米管掩膜中，平行排列的碳纳米管会相互聚集，形成平行排列的捆簇结构，每一捆簇中碳纳米管之间的间距为纳米量级，形成纳米级生长窗口；相邻捆簇之间的间距为微米量级，形成微米级生长窗口，纳米级生长窗口和微米级生长窗口会相间排列，套构而成微米/纳米复合尺寸掩膜；3)在铺设了碳纳米管掩膜的衬底上，生长III族氮化物外延薄膜：采用金属有机物化学气相沉积MOCVD或分子束外延MBE技术生长III族氮化物外延薄膜。2.如权利要求1所述的选区生长方法，其特征在于，在步骤2)中，碳纳米管为单壁或多壁，单根碳纳米管的直径在10～100nm之间，相邻的碳纳米管之间的距离在10～500nm之间，形成纳米级生长窗口。3.如权利要求1所述的选区生长方法，其特征在于，在步骤2)中，每一捆簇的直径在1～10μm之间，相邻的捆簇之间的距离在1～20μm之间，形成微米级生长窗口。4.如权利要求1所述的选区生长方法，其特征在于，如果步骤1)中采用已经生长了AlN成核层的复合衬底，然后在复合衬底上铺设碳纳米管掩膜，则在步骤3)中直接高温生长III族氮化物外延薄膜。5.如权利要求1所述的选区生长方法，其特征在于，如果步骤1)中采用硅衬底，然后在硅衬底上铺设碳纳米管掩膜，则在步骤3)中先生长AlN成核层，然后再高温生长III族氮化物外延薄膜。6.如权利要求1所述的选区生长方法，其特征在于，进一步，在高温生长III族氮化物外延薄膜的过程中，多次插入碳纳米管掩膜，即在III族氮化物外延薄膜中插入多层碳纳米管掩膜，在生长方向上形成多层的碳纳米管掩膜和多层的III族氮化物外延薄膜相间排列的结构，从而形成周期性掩膜结构。7.一种硅衬底上III族氮化物外延薄膜的选区生长结构，其特征在于，所述选区生长结构包括：衬底、碳纳米管掩膜和III族氮化物外延薄膜；在衬底上铺设的碳纳米管掩膜由单层或多层碳纳米管薄膜构成，每一层碳纳米管薄膜为平行排列的碳纳米管阵列，这些碳纳米管相互聚集形成平行排列的捆簇结构，相邻捆簇之间形成微米级生长窗口，捆簇内部多个平行排列的碳纳米管之间形成纳米级生长窗口，从而形成纳米级生长窗口和微米级生长窗口相间排列的微米/纳米复合尺寸掩膜；在所述碳纳米管掩膜上生长III族氮化物外延薄膜。8.如权利要求7所述的选区生长结构，其特征在于，所述碳纳米管为单壁或多壁，单根碳纳米管的直径在10～100nm之间，相邻的碳纳米管之间的距离在10～500nm之间，形成纳米级生长窗口。2CN104637795A权利要求书2/2页9.如权利要求7所述的选区生长结构，其特征在于，每一捆簇的直径在1～10μm之间，相邻的捆簇之间的距离在1～20μm之间，形成微米级生长窗口。10.如权利要求7所述的选区生长结构，其特征在于，进一步包括多层