[发明专利]一种半导体材料图形衬底、材料薄膜及器件的制备方法

说明书

本发明公开了一种半导体材料图形衬底、材料薄膜及器件的制备方法，半导体材料图形衬底的制备方法包括选取衬底层；在所述衬底层上形成若干凸起结构和若干凹陷结构；在具有所述凸起结构的所述衬底层的一侧生长外延层；去除所述衬底层上每个凹陷结构上方的外延层直至暴露所述衬底层，并保留所述衬底层上每个凸起结构上方的至少一部分外延层，形成若干籽晶结构，完成半导体材料图形衬底的制备。本发明的半导体材料图形衬底制备方法能够最大程度的减少由于异质衬底的晶格失配和热失配所带来的材料缺陷问题，获得高结晶质量的半导体材料薄膜和器件。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种半导体材料图形衬底、材料薄膜及器件的制备方法。

背景技术

GaN材料系列主要包含GaN、BN和Al_xGa_yIn1_-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)合金材料。GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。同时GaN材料系列也是一种理想的短波长发光器件材料，GaN及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。自从1991年日本研制出同质结GaN蓝色LED之后，InGaN/AlGaN双异质结超亮度蓝色LED、InGaN单量子阱GaN LED相继问世。正因为GaN材料系列的诸多卓越性能，作为第三代半导体的重要半导体材料之一，其研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点。

虽然GaN材料系列器件水平已经可以实用化，但长期以来由于单晶衬底问题没有解决，只能依赖异质外延工艺来获得材料薄膜，而异质外延缺陷密度相当高，成为器件性能进一步提升的主要障碍。当下主流采用的异质外延衬底以蓝宝石和SiC为主，也有在硅基衬底上生长的商业应用，特别是基于蓝宝石衬底的GaN LED技术，已经得到了广泛的商业化应用。

目前已经得到广泛商业应用的一种提升异质外延晶体质量的方法是采用图形衬底的方法，以下为现有技术中几种常见的图形衬底的制备方法：

1.蓝宝石图形衬底技术

在平面的蓝宝石衬底上制作具有周期性排列的掩模图形，使得蓝宝石衬底的表面形成周期性规则的间隔暴露，通过刻蚀的方法将蓝宝石衬底暴露的部分刻出一定的深度，然后去除掩模图形，得到具有周期性起伏图案的图形衬底。

2.具有AlN溅射层的图形衬底技术

为了进一步提高GaN材料系列材料在图形衬底上的结晶质量降低材料薄膜的缺陷密度，具有AlN溅射层的图形衬底技术在近年被开发了出来。不同于用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)在图形衬底表面先直接生长AlN缓冲层材料然后紧接着连续生长GaN材料系列材料，AlN溅射层图形衬底技术采用PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)或磁控溅射等方法，将AlN材料直接溅射在图形衬底上形成一种表面是AlN溅射层材料的图形衬底，采用该种图形衬底后MOCVD可以在AlN材料薄膜图形的表面直接开始GaN材料系列材料的成核层生长以及后续的薄膜材料生长直至获得平滑的半导体材料薄膜，在简化MOCVD外延工艺的同时，也能够进一步提高材料薄膜的结晶质量。

3.纳米图形衬底技术