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的制备方法，尤其，涉及一种采用掩模制备外延结构的 方法。
【背景技术】
[0002] 外延结构，尤其半导体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，其包括以下步骤：提供一基底，该基底具有一外延生长 面；在该基底的外延生长面设置一碳纳米管膜，该碳纳米管膜与所述基底的外延生长面接 触，该碳纳米管膜具有多个间隙，使得部分所述外延生长面通过所述多个间隙暴露；在该基 底的外延生长面沉积一掩模预制体层覆盖所述碳纳米管膜，该掩模预制体层的厚度小于该 碳纳米管膜的厚度，且所述掩模预制体层部分沉积于所述碳纳米管膜的表面，部分沉积在 所述暴露的部分外延生长面；去除所述碳纳米管膜得到一图案化掩模，该图案化掩模具有 多个开口从而使得该外延生长面通过该多个开口部分暴露；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：提供一基底，该基底具有一外延生长 面；在该基底的外延生长面设置一第一碳纳米管膜，该第一碳纳米管膜包括多个平行间隔 设置的第一碳纳米管；在该第一碳纳米管膜的表面设置一第二碳纳米管膜，该第二碳纳米 管膜包括多个平行间隔设置的第二碳纳米管，且该第二碳纳米管的延伸方向与该第一碳纳 米管的延伸方向的夹角大于零度；在该基底的外延生长面沉积一掩模预制体层以将该第一 碳纳米管膜和第二碳纳米管膜覆盖，且该掩模预制体层的厚度小于该第一碳纳米管膜和该 第二碳纳米管膜的厚度总和；至少去除所述第二碳纳米管膜得到一图案化掩模，该图案化 掩模具有多个开口从而使得该外延生长面通过该多个开口部分暴露；以及在所述基底的外 延生长面生长一外延层。
[0008] 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，无需 光刻、工艺简单、不易在基底的外延生长面引入污染。
【附图说明】
[0009] 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。
[0010] 图2为图1步骤S11的俯视图。
[0011] 图3为本发明第一实施例中采用的碳纳米管水平阵列的扫描电镜照片。
[0012] 图4为本发明第一实施例中采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
[0013] 图5为图4中的碳纳米管拉膜中的碳纳米管片段的结构示意图。
[0014] 图6为本发明第一实施例的碳纳米管拉膜的结构示意图。
[0015] 图7为图6中的局部放大结构示意图。
[0016] 图8为本发明第一实施例的两层交叉设置的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
[0017] 图9为本发明第一实施例拉伸碳纳米管拉膜的方法示意图。
[0018] 图10为本发明第一实施例中拉伸后的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
[0019] 图11本发明第一实施例中的外延层生长过程示意图。
[0020] 图12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。
[0021] 图13为图12沿线XIII-XIII的剖面示意图。
[0022] 图14为图12沿线XIV-XIV的剖面示意图。
[0023] 图15为本发明第三实施例提供的外延结构的制备方法的工艺流程图。
[0024] 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】
[0025] 以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的外延结构的制备方法。
[0026] 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： S10 :提供一基底120,该基底120具有一外延生长面122 ; SI1 :在该基底120的外延生长面122设置一碳纳米管膜100,该碳纳米管膜100具有多 个间隙101，使得部分所述外延生长面122通过所述碳纳米管膜100的多个间隙101暴露； 512 :在该基底120的外延生长面122沉积一掩模预制体层110覆盖所述碳纳米管膜 100,该掩模预制体层110的厚度小于该碳纳米管膜100的厚度，且所述掩模预制体层110 部分沉积于所述碳纳米管膜100的表面，部分沉积在所述外延生长面122暴露的部分； 513 :去除所述碳纳米管膜100得到一图案化掩模112,该图案化掩模112具有多个开 口 114从而使得该外延生长面122通过该多个开口 114部分暴露；以及 514 :在所述基底120的外延生长面122生长一外延层130。
[0027] 所述步骤S10中，所述基底120提供了外延层130的外延生长面122。所述基底 120的外延生长面122是分子平滑的表面，且去除了氧或碳等杂质。所述基底120可以为单 层或多层结构。当所述基底120为单层结构时，该基底120可以为一单晶结构体，且具有一 晶面作为外延层130的外延生长面122。所述单层结构的基底120的材料可以为GaAs、GaN、 Si、SOI、AIN、SiC、MgO、ZnO、LiGa02、LiA102 或A1203 等。当所述基底 120 为多层结构时，其 需要包括至少一层上述单晶结构体，且该单晶结构体具有一晶面作为外延层130的外延生 长面122。所述基底120的材料可以根据所要生长的外延层130来选择，优选地，使所述基 底120与外延层130具有相近的晶格常数以及热膨胀系数。所述基底120的厚度、大小和 形状不限，可以根据实际需要选择。所述基底120不限于上述列举的材料，只要具有支持外 延层130生长的外延生长面122的基底120均属于本发明的保护范围。
[0028] 所述步骤S11中，所述碳纳米管膜100包括多个平行且间隔设置的碳纳米管104， 从而使得该碳纳米管膜100具有多个间隙101。当所述碳纳米管膜100设置于所述基底120 的外延生长面122时，所述碳纳米管膜100中碳纳米管104的延伸方向基本平行于所述基 底120的外延生长面122。所述碳纳米管膜100中碳纳米管104的延伸方向可以沿着基底 120的一晶向延伸或与基底120的一晶向成一定角度延伸。所述基底120的外延生长面122 部分被碳纳米管膜100遮挡，部分通过多个间隙101暴露。
[0029] 所述碳纳米管膜100可以将所述基底120的外延生长面122完全覆盖，且延伸至 所述外延生长面122之外。可以理解，所述碳纳米管膜100延伸至外延生长面122之外有 利于后续步骤机械剥离该碳纳米管膜100。优选地，如图2所示，每个碳纳米管104的长度 大于所述基底120在碳纳米管104长度方向的尺度从而使得每个碳纳米管104延伸至外延 生长面122之外。
[0030] 请进一步参阅图3,所述碳纳米管膜100可以为一碳纳米管水平阵列。具体地， 该碳纳米管水平阵列包括多个平行于碳纳米管薄膜1〇〇表面且彼此基本平行的碳纳米管 104。所述碳纳米管104的长度大于1厘米，且其长度基本一致。所述碳纳米管薄膜100中 相邻两个碳纳米管104之间的距离为几微米至几十微米。本实施例中，碳纳米管104的长 度优选为大于3厘米，相邻两个碳纳米管104之间的距离为5微米至20微米。所述碳纳米 管104的直径大于10纳米，优选，大于20纳米小于100纳米。可以理解，所述碳纳米管膜 100可以包括多层交叉设置的碳纳米管104。所述碳纳米管水平阵列及其制备方法请参见 申请人于2008年2月1日申请的，于2009年8月5日公开的第CN101497436A号中国专利 申请"碳纳米管薄膜结构及其制备方法"，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳）有限公 司。
[0031] 请参阅图4至图7,所述碳纳米管膜100还可以为一从碳纳米管阵列抽取的碳纳米 管拉膜。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〇. 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。
[0032] 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1〇〇中大多数碳纳米管104的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大