外延结构的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种外延结构及其制备方法，尤其，涉及一种采用掩模制备外延结构 的方法及采用该方法制备的外延结构。
【背景技术】
[0002] 外延结构，尤其外延结构为制作半导体器件的主要材料之一。例如，近年来，制备 发光二极管（LED)的氮化镓外延片成为研究的热点。
[0003] 所述氮化镓（GaN)外延片是指在一定条件下，将氮化镓材料分子，有规则排列，定 向生长在蓝宝石基底上。然而，高质量氮化镓外延片的制备一直是研究的难点。由于氮化 镓和蓝宝石基底的晶格常数以及热膨胀系数的不同，从而导致氮化镓外延层存在较多位错 缺陷。而且，氮化镓外延层和蓝宝石基底之间存在较大应力，应力越大会导致氮化镓外延层 破裂。这种外延结构普遍存在晶格失配现象，且易形成位错等缺陷。
[0004] 现有技术提供一种改善上述不足的方法，其采用非平整的蓝宝石基底外延生长氮 化镓。例如，现有技术先在蓝宝石基底表面沉积一二氧化硅层，再采用光刻等微电子工艺蚀 刻该二氧化硅层从而在蓝宝石基底表面形成图案化掩模。然而，该方法不但工艺复杂，而且 会对蓝宝石基底外延生长面造成污染，从而影响外延结构的质量。
【发明内容】
[0005] 综上所述，确有必要提供一种既工艺简单又不会对蓝宝石基底外延生长面造成污 染的外延结构的制备方法。
[0006] -种外延结构的制备方法，包括以下步骤：提供一自支撑的碳纳米管膜，该碳纳米 管膜包括多个碳纳米管有序排列且通过范德华力相互连接；将所述碳纳米管膜悬空设置并 进行表面处理，在所述多个碳纳米管的表面引入缺陷；采用原子层沉积法在所述表面处理 后的碳纳米管膜的多个碳纳米管的表面生长一层纳米材料层；将生长有纳米材料层的碳纳 米管膜进行退火处理，去除所述碳纳米管膜，形成多个纳米管，且所述多个纳米管有序排列 且相互连接形成一自支撑的纳米管膜；将该纳米管膜设置于一基底的外延生长面；以及在 所述基底的外延生长面生长一外延层。
[0007] -种外延结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一自支撑的碳纳米管膜，该碳纳 米管膜包括多个碳纳米管有序排列且通过范德华力相互连接；在所述碳纳米管膜的多个碳 纳米管的表面生长一层纳米材料层；将生长有纳米材料层的碳纳米管膜进行退火处理，去 除所述碳纳米管膜，形成多个纳米管，且所述多个纳米管有序排列且相互连接形成一自支 撑的纳米管膜；将该纳米管膜设置于一基底的外延生长面；以及在所述基底的外延生长面 生长一外延层。
[0008] -种外延结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一纳米管膜，该纳米管膜包括多 个纳米管，所述多个纳米管有序排列且相互连接形成一自支撑的膜结构，且至少部分相邻 的两个纳米管的连接处通过离子键结合；将该纳米管膜设置于一基底的外延生长面；以及 在所述基底的外延生长面生长一外延层。
[0009] 与现有技术的光刻等微电子工艺相比，本发明提供的外延结构的制备方法，通过 设置纳米管膜掩模进行外延生长的方法工艺简单、不易在基底的外延生长面引入污染。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明第一实施例提供的外延结构的制备方法的工艺流程图。
[0011] 图2为本发明第一实施例中采用的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0012] 图3为图2中的碳纳米管膜中的碳纳米管片段的结构示意图。
[0013] 图4为本发明第一实施例的碳纳米管膜的结构示意图。
[0014] 图5为图4中的局部放大结构示意图。
[0015] 图6为本发明第一实施例的两层交叉设置的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0016] 图7为本发明第一实施例拉伸碳纳米管膜的方法示意图。
[0017] 图8为本发明第一实施例中拉伸后的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0018] 图9为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行氧等离子体处理前， 直接在其表面用原子层沉积法形成纳米氧化铝（A1203)层的扫描电镜照片。
[0019] 图10为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行氧等离子体处理后， 在该碳纳米管膜表面用原子层沉积法形成纳米氧化铝层的扫描电镜照片。
[0020] 图11为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行积碳处理后的透射 电镜照片。
[0021] 图12为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行表面积碳处理前，直 接在其表面用原子层沉积法形成纳米氧化铝层的扫描电镜照片。
[0022] 图13为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行表面积碳处理后，在 其表面用原子层沉积法形成纳米氧化铝层的扫描电镜照片。
[0023] 图14为本发明第一实施例制备的单层氧化铝纳米管膜的扫描电镜照片。
[0024] 图15为本发明第一实施例制备的双层交叉氧化铝纳米管膜的扫描电镜照片。
[0025] 图16为本发明第一实施例制备的氧化铝纳米管膜的实物照片。
[0026] 图17为本发明第一实施例制备的单层纳米管膜的结构示意图。
[0027] 图18为本发明第一实施例制备的双层交叉纳米管膜的结构示意图。
[0028] 图19本发明第一实施例中的外延层生长过程示意图。
[0029] 图20为本发明第一实施例制备的外延结构的结构示意图。
[0030] 图21为本发明第二实施例提供的外延结构的制备方法的工艺流程图。
[0031] 图22为本发明第二实施例制备的外延结构的结构示意图。
[0032] 主要元件符号说明
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0033] 以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的外延结构及其制备方法。为了便于 理解本发明的技术方案，本发明首先介绍一种采用掩模制备外延结构的方法，然后再介绍 采用该方法制备的外延结构。
[0034]请参阅图1，本发明第一实施例提供一种外延结构10的制备方法，其具体包括以 下步骤： 510 :提供一具有自支撑特性的碳纳米管膜100,该碳纳米管膜100包括多个碳纳米管 104有序排列且通过范德华力相互连接，且该碳纳米管膜100具有多个沿碳纳米管104长度 方向延伸的缝隙105 ; 511 :对所述碳纳米管膜100悬空设置并进行表面处理，在所述多个碳纳米管104的表 面引入缺陷； 512 :采用原子层沉积法（ALD)在所述碳纳米管膜100的多个碳纳米管104的表面生长 一层纳米材料层110 ; 513 :将生长有纳米材料层110的碳纳米管膜100进行退火处理，去除所述碳纳米管膜 100,形成多个纳米管112,且所述多个纳米管112有序排列且相互连接形成一具有自支撑 特性的纳米管膜114 ; 514 :将该纳米管膜114设置于一基底120的外延生长面122 ;以及 515 :在所述基底120的外延生长面122生长一外延层130。
[0035] 所述步骤S10中，所述碳纳米管膜100为一从碳纳米管阵列抽取的碳纳米管拉膜。 请进一步参阅图2至图5,所述碳纳米管膜100是由若干碳纳米管104,106组成的自支撑结 构。即，该碳纳米管膜100为由若干碳纳米管104,106紧密结合组成的纯结构。所述自支撑 指该碳纳米管膜100不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬 空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜100置于(或固定于）间隔特定距离设置的两个 支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜100能够悬空保持自身膜状状态。所述自 支撑特性主要通过碳纳米管膜100中存在通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管104 以及随机分散的碳纳米管106而实现。上述"首尾相连"指的是碳纳米管104的轴向或者 碳纳米管104的长度方向是首尾相连定向排列的。该若干碳纳米管104,106包括单壁碳纳 米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳 米至50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1. 0纳米至50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为 1. 5纳米至50纳米。
[0036] 所述若干碳纳米管104,106为沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳 纳米管膜100中大多数碳纳米管104的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数 碳纳米管104的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜100的表面。具体地，所述碳纳米管 膜100中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管104中每一碳纳米管104与在延伸方向上 相邻的碳纳米管104通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜100中存在少数随机 排列的碳纳米管106,这些碳纳米管106不会对碳纳米管膜100中大多数碳纳米管104的整 体取向排列构成明显影响。具体而言，所述碳纳米管膜100中基本朝同一方向延伸的多数 碳纳米管104,并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列， 可以适