[发明专利]微柱阵列的制备方法、阵列结构及生长晶体材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件与工艺技术领域，尤其涉及一种微柱阵列的制备方法、阵列结构及生长晶体材料的方法。

背景技术

以GaN为代表的化合物半导体材料作为直接带隙的宽禁带半导体材料，在蓝、绿、紫、紫外及白光发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、紫外光探测器和功率电子器件等光电子器件和电子器件以及特殊条件下的半导体器件等领域中有广泛的应用前景，吸引着人们的浓厚兴趣。

由于目前对于绝大多数的化合物半导体而言，还不能得到商用高质量大块的衬底材料，因此化合物半导体材料一般采用异质衬底外延生长。但是，由于半导体材料和通常用作衬底的蓝宝石(或者Si)衬底之间有较大的晶格失配，导致外延层产生位错，这种位错会扩展并穿过整个外延层，限制了后续器件性能的提高。为改善半导体材料的质量，现已发展起来多种提高外延材料质量的改进方法，如低温缓冲层技术、插入层技术、侧向外延技术(ELOG)等。

侧向外延技术(ELOG)就是为了减少外延半导体材料的位错密度而发展出来的方法之一。以GaN生长为例，ELOG方法首先在衬底上沉积一层几微米的GaN薄膜，然后刻出所需图形，使GaN露出形成窗口区而进行二次生长。半导体薄膜只在刻出的窗口区生长，而不再掩模区生长。ELOG可以有效的减小材料的位错密度，其原理是利用生长过程中掩模区发生位错阻断以及在窗口去横向合并时发生横向弯曲，从而达到减少纵向生长方向的位错密度的目的。

现有技术中的ELOG的缺点在于，虽然采用掩模区遮蔽了一部分的位错，但是保留下来的窗口区仍然有位错，这些位错还会保留在后续的外延层中，使ELOG工艺不能充分发挥其降低位错密度的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种微柱阵列的制备方法、阵列结构及生长晶体材料的方法，降低保留下来的窗口区的位错密度，从而使ELOG工艺充分发挥其降低位错密度的优势。

为了解决上述问题，本发明提供了一种微柱阵列的制备方法，包括如下步骤：提供第一晶体层；将第一晶体层置于选择性腐蚀的环境中，所采用的选择腐蚀工艺优先腐蚀与第一晶体层的表面呈一角度的晶面，所述角度大于0度且小于90度，从而在第一晶体层表面的缺陷处形成凹陷；保持对第一晶体层的表面实施选择性腐蚀，使凹陷扩大，显露出无位错部分，形成由第一晶体层的无位错部分构成的微柱阵列。

作为可选的技术方案，所述第一晶体层的材料为III族氮化物，所述选择性腐蚀工艺采用KOH溶液，NaOH溶液，NaOH与K₂S₂O₈的混合溶液，KOH与K₂S₂O₈的混合溶液，KOH、NaOH与K₂S₂O₈的混合溶液，以及HF、H₂O₂和甲醇的混合液中的一种，并辅以光照。

本发明进一步提供了一种微柱阵列结构，包括棱锥阵列层以及棱锥阵列层表面的微柱阵列层，微柱阵列层中的每一个微柱均立于棱锥阵列层的棱锥的顶端。

作为可选的技术方案，所述棱锥阵列层以及微柱阵列层的材料相同，均为III族氮化物。

本发明进一步提供了一种生长晶体材料的方法，包括如下步骤：提供第一晶体层；将第一晶体层置于选择性腐蚀的环境中，所采用的选择腐蚀工艺优先腐蚀与第一晶体层的表面呈一角度的晶面，所述角度大于0度且小于90度，从而在第一晶体层表面的缺陷处形成凹陷；保持对第一晶体层的表面实施选择性腐蚀，使凹陷扩大并合并，显露出无位错部分，形成由第一晶体层的无位错部分构成的微柱阵列；在微柱阵列的表面采用侧向外延工艺生长第二晶体层。

作为可选的技术方案，所述第一晶体层的材料为III族氮化物，所述选择性腐蚀工艺采用KOH溶液，NaOH溶液，NaOH与K₂S₂O₈的混合溶液，KOH与K₂S₂O₈的混合溶液，KOH、NaOH与K₂S₂O₈的混合溶液，以及HF、H₂O₂和甲醇的混合液中的一种。

作为可选的技术方案，在实施选择性腐蚀的同时对第一晶体的表面施加光照。

作为可选的技术方案，所述第一晶体层与第二晶体层的材料是相同的。