制备氮化镓基纳米环结构的方法与流程

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种制备氮化镓基纳米环结构的方法。

背景技术：

经过三十多年的发展，gan基发光器件在照明、显示、投影、可见光通信方面占据越来越多的市场地位。如何提高其内量子效率和光提取效率一直是人们不懈努力的方向。随着微纳结构加工技术越来越纯熟，它在gan基发光器件中的应用可以有效地提高发光效率。

其中纳米环结构相较于平面结构可以释放由于晶格失配引起的应力，从而提高内量子效率。此外，优化纳米环的内外直径使发光波长在环内发生多次反射形成回音壁模式可以提高其光提取效率。而纳米压印技术提供了一种纳米级别的、多次可重复的、精确的纳米环制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种制备氮化镓基纳米环结构的方法，即采用纳米压印技术，灵活利用纳米压印模板进行对准，通过两次压印，得到纳米级别的、多次可重复的纳米环结构。

本发明提供一种制备氮化镓基纳米环结构的方法，包括：

步骤1：在gan外延片上旋涂一层聚合物，将第一块纳米压印模板压在上面并施加一预定压力，进行第一次纳米压印；

步骤2：压印结束后移去第一块纳米压印模板，使聚合物呈现与第一块纳米压印模板互补的图形；

步骤3：采用等离子体轰击去除图形凹槽底部的聚合物；

步骤4：利用icp刻蚀工艺将聚合物图形转移到gan外延片上，并对gan外延片进行清洗，去掉聚合物；

步骤5：在gan外延片上再次旋涂聚合物，将第二块纳米压印模板压在第二次旋涂的聚合物上面，进行第二次纳米压印，形成图形；

步骤6：重复步骤2和步骤3，进行脱模和等离子体轰击；

步骤7：在gan外延片上图形的表面蒸镀一层ito或金属作为掩膜，采用剥离的方法去掉gan外延片表面的聚合物；

步骤8：利用ito或者金属做掩膜进行icp刻蚀，得到纳米环结构；

步骤9：湿法腐蚀去掉ito或者金属和聚合物，完成纳米环结构的制备。

其中所述的施加一预定压力，该压力范围是0.01mpa-1mpa。

其中所述的聚合物是指用于复制纳米压印模板上图形的材料，包括感光性或热塑性的有机物。

其中所述的第一次和第二次纳米压印包括热压印、紫外纳米压印、微接触印刷或者相结合的纳米压印技术。

其中所述的作为第一块和第二块纳米压印模板的特征尺寸为10nm-2um，图形排列方式为六方排列或者四方排列。

其中所述的作为掩膜的金属为ni或者cr。

其中所述的湿法腐蚀去掉ito的溶液为ito刻蚀剂，去掉金属的溶液为王水，去掉聚合物的溶液为去膜剂，等离子体轰击为氧气等离子体。

本发明的有益效果是，采用纳米压印技术，灵活利用纳米压印模板进行对准，通过两次压印，得到纳米级别的、多次可重复的纳米环结构。

附图说明

为了能更好地了解本发明的具体流程和操作步骤，以下结合附图及具体实施例的详细说明如后，其中：

图1为本发明的制备工艺流程图；

图2为六方排列的纳米孔结构纳米压印模板结构俯视图。

具体实施方式

特别注意的是，本发明两次用到了纳米压印技术，所以要求两块纳米压印模板能够满足对准的需求，通过自定义设计的纳米压印模板，精确的控制每个图形的位置，包括整体图形区域距离边缘的位置、图形周期和大小，并在第一块和第二块纳米压印模板上做出对准标记，对准标记可以是区别于周期图形的任意可分辨的图形，以此来实现精确对准。

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种制备氮化镓基纳米环结构的方法，包括：

步骤1：在已经获得的gan外延片上旋涂一层聚合物薄膜，薄膜厚度为0.5um-6um，将第一块纳米压印模板(参阅图2)压在上面并施加一预定压力，进行第一次纳米压印，所述的第一块纳米压印模板采用周期为四方或者六方排列的纳米孔结构，直径为纳米环结构的外环直径，范围是10nm-2um，周期范围是10nm-10cm，所述的施加一预定压力，该压力范围是0.01mpa-1mpa，所述的聚合物是指用于复制纳米压印模板上图形的材料，包括感光性或热塑性的有机物，例如光刻胶；

步骤2：压印结束后移去第一块纳米压印模板，使聚合物呈现与第一块纳米压印模板互补的图形；

步骤3：采用等离子体轰击去除图形凹槽底部的聚合物，露出底部的gan外延片，所述的等离子体为氧气等离子体，时间为1-5分钟；

步骤4：利用icp刻蚀工艺对裸露的gan外延片部分进行刻蚀，刻蚀气体为bcl3，刻蚀深度为50nm-2um，将聚合物图形转移到gan外延片上，并对gan外延片进行清洗，去掉剩余的聚合物，使用的溶液为去膜剂，温度大于80℃，加超声，时间大于5分钟，之后再用乙醇溶液进行清洗，最后用去离子水清洗并吹干；

步骤5：在gan外延片上再次旋涂聚合物，薄膜厚度为0.5um-6um，所述的聚合物是指用于复制纳米压印模板上图形的材料，包括感光性或热塑性的有机物，此处选为易于剥离的负胶，将第二块纳米压印模板与第一块压印模板的对准标记在高倍显微镜下对其后压在第二次旋涂的聚合物上面，进行第二次纳米压印，形成图形，第二块纳米压印模板采用与第一块纳米压印模板相同的周期排列方式，直径为纳米环结构的内环直径(小于第一块纳米压印模板的图形尺寸)，周期与第一块纳米压印模板的周期相同，然后施加一预定压力，该压力范围是0.01mpa-1mpa，所述的第一次和第二次纳米压印包括热压印、紫外纳米压印、微接触印刷或者相结合的纳米压印技术；

步骤6：重复步骤2和步骤3，进行脱模和等离子体轰击；

步骤7：在gan外延片上图形的表面蒸镀一层ito或金属作为掩膜，厚度小于gan外延片上图形的高度，采用蓝膜剥离的方法去掉gan外延片表面图形上的聚合物和金属，所述的作为掩膜的金属为ni或者cr，；

步骤8：利用凹槽里剩余的ito或者金属做掩膜对裸露的gan外延片部分进行icp刻蚀，刻蚀气体为bcl3，刻蚀深度与步骤4的刻蚀深度保持一致，得到纳米环结构；

步骤9：湿法腐蚀去掉ito或者金属和聚合物，所述的湿法腐蚀去掉ito的溶液为ito刻蚀剂，温度大于40℃，时间大于1分钟，去掉金属的溶液为王水，时间大于30秒，去掉聚合物的溶液为去膜剂，温度大于80℃，加超声，时间大于5分钟，最后用乙醇和去离子水进行清洗，并吹干，完成纳米环结构的制备。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
一种制备氮化镓基纳米环结构的方法，包括：在GaN外延片上旋涂一层聚合物，进行第一次纳米压印；压印结束后移去第一块纳米压印模板，使聚合物呈现与第一块纳米压印模板互补的图形；去除图形凹槽底部的聚合物；将聚合物图形转移到GaN外延片上，并对GaN外延片进行清洗，去掉聚合物；在GaN外延片上再次旋涂聚合物，将第二块纳米压印模板压在第二次旋涂的聚合物上面，进行第二次纳米压印，形成图形；进行脱模和等离子体轰击；在GaN外延片上图形的表面蒸镀一层ITO或金属作为掩膜，采用剥离的方法去掉GaN外延片表面的聚合物；刻蚀，得到纳米环结构；湿法腐蚀去掉ITO或者金属和聚合物，完成纳米环结构的制备。

技术研发人员：刘喆;冯梁森;张宁;王军喜;李晋闽
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：2018.05.22
技术公布日：2018.10.19