[发明专利]一种带空腔的氮化铟复合衬底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造，特别涉及一种带空腔的氮化铟复合衬底及其制备方法。

背景技术

氮化铟是在制备光电二极管等光电装置以及太阳能电池等领域有着广泛的应用。 由于异质外延的限制，晶格失配与热失配使得高质量的氮化铟难以制备。异质外延制备氮化铟薄膜的生长过程中应力不断积累，导致外延片弯曲甚至开裂。现有的生长氮化铟薄膜的方法缓解应力效果有限，导致器件性能下降或者外延片翘曲严重甚至引起开裂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种带空腔的氮化铟复合衬底及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种带空腔的氮化铟复合衬底，包括单晶硅衬底、氮化铟膜层，氮化铟膜层包括250~300nm的氮化铟缓冲层、2~4µm的氮化铟外延层和15~25µm的氮化铟厚膜层，氮化铟膜层形成有空腔。

本发明中氮化铟复合衬底的空腔使得该氮化铟复合衬底在作为后续晶体生长过程中作为应力释放层，同时，降低了晶体的位错密度，使其容易获取低应力、低缺陷密度的高质量晶体。

根据本发明的另一方面，提供了一种带空腔的氮化铟复合衬底的制备方法，包括以下步骤：

S1：在单晶硅衬底上预生长氮化铟薄膜层，然后蒸镀一层可与盐酸反应的金属形成掩膜层；

S2：对S1中的样品进行退火，使掩膜层自组装形成图形化结构而形成开口区域；

S3：采用刻蚀法去除掩膜层开口区域的氮化铟至距离单晶硅衬底100~150nm处，在氮化铟薄膜层中形成沟道，沟道的尺寸由掩膜层的图形开口大小决定，沟道口形成于氮化铟薄膜层的表面；

S4：采用二氧化硅填充S3中的沟道；

S5：采用盐酸腐蚀去除保留下的氮化铟表面上沉积的残留的金属以及金属上的填充介质；

S6：采用侧向外延生长技术生长氮化铟厚膜层，覆盖S5中得到的沟道被填充的氮化铟薄膜层的整个表面；

S7：采用腐蚀法去除填充在氮化铟薄膜层的沟道中的二氧化硅，原来被二氧化硅占据的位置成为空腔，形成带空腔的复合衬底。

在一些实施方式中，步骤S1中，生长氮化铟薄膜层是采用等离子蒸发法先在100~150^oC低温生长250~300nm的氮化铟缓冲层，再在1000~1010^oC高温下生长2~4µm的氮化铟外延层。

在一些实施方式中，步骤S1中，掩膜层是采用磁控溅射法蒸镀的20~30nm厚的钴金属层。

在一些实施方式中，步骤S2中，样品退火采用以下工艺参数：150~200^oC下保温30~40min，真空度为300~400Pa，通入流量为200~300sccm的氩气。

在一些实施方式中，步骤S3中，刻蚀法为聚焦离子束刻蚀法，使得所形成的沟道为圆柱状。

在一些实施方式中，步骤S4中，二氧化硅采用原子层沉积法沉积，厚度为3~4.5µm。

在一些实施方式中，步骤S7中，腐蚀法为采用氟化氢溶液腐蚀，去除沟道中的二氧化硅，使得原来被填充介质占据的位置留下空腔。

本发明的制备方法为自组装过程，过程简单可控。在步骤S3中只是刻蚀至距离单晶硅衬底100~150nm处，这样使得后来形成的空腔是完全处于氮化铟层内部的，空腔不与硅沉底连通，使得带空腔的氮化铟复合衬底的结构更加稳定。

附图说明

图1为本发明的一种带空腔的氮化铟复合衬底的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1