[发明专利]自组装制备带空腔的III-V族氮化物复合衬底的方法

权利要求书

1.一种自组装制备带空腔的III-V族氮化物复合衬底的方法，其特征在于，所述制备方法包 括以下步骤：

1)在在衬底上首先预生长一层III-V族氮化物，形成III-V族氮化物薄膜层，然后蒸镀 一层金属形成掩膜层；

2)采用退火工艺使得金属自组装在掩膜层上形成图形化结构；

3)刻蚀去除掩膜层开口区域的III-V族氮化物至衬底的表面，使得在III-V族氮化物薄 膜层中形成沟道，沟道的尺寸由掩膜层的图形大小和刻蚀时间决定，并确保形成的 沟道导通至III-V族氮化物薄膜层的边缘；

4)采用填充介质填充III-V族氮化物薄膜层中的沟道；

5)采用化学腐蚀或者剥离工艺去除保留下的III-V族氮化物表面上沉积的残留的金属以 及金属上的填充介质；

6)采用侧向外延生长技术生长III-V族氮化物厚膜层，覆盖以填充介质填充沟道的III-V 族氮化物薄膜层的整个表面；

7)采用腐蚀溶液去除填充在III-V族氮化物薄膜层的沟道中的填充介质，原来被填充介 质占据的位置成为空腔，形成带有空腔的复合衬底。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，衬底为采用蓝宝石衬底、碳化硅 SiC衬底、氮化镓GaN衬底、硅Si衬底、铝酸锂LiAlO₂衬底、和氧化锌ZnO衬底中的 一种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，生长III-V族氮化物薄膜层采用 分子束外延法、金属有机化学气相沉积法、氢化物气相外延法以及液相外延中的一种，生 长厚度在3～15μm之间的III-V族氮化物薄膜层。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，蒸镀一层金属，作为掩膜层，金 属采用电子束蒸发法、磁控溅射和热蒸发中的一种方法制备。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，采用自组装的方法在掩膜层上形 成图形化结构：将蒸镀有金属的掩膜层的衬底进行退火，通过控制金属的厚度以及退火的 气氛、温度和时间的工艺参数，使金属自组装形成图形化结构。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，采用化学腐蚀或者反应离子刻蚀 或聚焦离子束刻蚀的干法刻蚀去除掩膜层上开口区域的III-V族氮化物至衬底的表面，在 III-V族氮化物薄膜层中形成沟道和保留下的III-V族氮化物；保留下的III-V族氮化物的 形状为圆柱状。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4)中，采用SiO₂或SiN_x作为填充介质 填充III-V族氮化物薄膜层之间的沟道，沉积填充介质的厚度以填平沟道形成平面为准； 沉积的方法采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD或原子层沉积ALD。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，采用PECVD沉积SiN_x的方法包括：沉积温度在 80～200℃之间，压强在90～150Pa之间，设备运行功率在80～120W之间，以SiH₄作为Si 源，NH₃作为N源，沉积过程中流量分别控制在80～150sccm和400～700sccm之间。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5)中，化学腐蚀法采用盐酸或硝酸能与 蒸镀的金属反应的溶液腐蚀残留的金属，并同时带离金属上沉积的填充介质。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤7)中，将生长了III-V族氮化物厚膜层 的衬底浸泡在腐蚀溶液中，去除在III-V族氮化物薄膜层的沟道中的填充介质，使得在原 来被填充介质占据的位置留下空腔，形成带空腔的III-V族氮化物复合衬底。