复合微纳米半导体结构、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种复合微纳米半导体结构、其制备方法及应用。所述制备方法包括：第一温度和气氛下，对外延层第一刻蚀处理形成第一微纳米粉体结构；第二温度和气氛下，进行第二刻蚀处理形成第二微纳米粉体结构；交替进行氧化处理和氮化处理，获得复合微纳米半导体结构；第二温度低于第一温度，第二气氛中刻蚀性气体的含量低于第一气氛。本发明专利技术提供的制备方法利用不同刻蚀条件下形成的多种粉体的活性差异，在进行氧化和氮化处理时使其得到改性，最终形成性能稳定的复合微纳米半导体结构，该结构应用于半导体外延生长时，能够显著提高半导体外延层的性能。延层的性能。延层的性能。

【技术实现步骤摘要】
复合微纳米半导体结构、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种复合微纳米半导体结构、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]III
‑
V族化合物半导体材料，例如GaN基材料具有优越热稳定性和化学稳定性，这种材料和器件可以工作在高温、高辐射等恶劣环境中，并可用于大功率微波器件，已成为当前半导体科学技术研究的前沿课题，成为了微电子学的研究热点。
[0003]低维结构半导体材料由于材料维度的降低，产生了一系列诸如量子尺寸限制效应、小尺寸效应、表面效应、量子耦合效应和协同效应等奇异的特性，对材料的光、电、磁、热、力学性能有着显著的影响，从而使它们在新器件、新技术应用方面前景广阔，成为目前世界各国研究的热点。纳米结构可以采用MBE生长技术、MOCVD生长技术以及化学溶剂发和氨热法等生长技术，随着商业化产品的应用推进，成本管理是每个企业必须考虑的问题，是企业在激烈的竞争中取得的法宝，成本的高低直接决定着企业的生存与发展，因此，如何在现有的技术基础上如何实现效益最大化，对企业可持续发展具有重要的意义。
[0004]与此同时，随着半导体应用领域的不断扩大，各企业纷纷扩大外延片的产能和外延片研发投入的同时都会存在大量的规格外产品造成外延片报废，比如波长均匀性、表面缺陷等指标不符合规格，尤其是目前正在广泛开发的大尺寸外延片，衬底成本所占比例越来越高，如何实现规格外的外延片回收再利用是降低外延片生产成本的关键，是各企业迫切希望解决的难题。
[0005]一些现有技术中，例如中国专利技术专利CN102651431A公开了收集在GaN基发光器件的蚀刻期间产生的GaN蚀刻产物；清洁被收集的GaN蚀刻产物 ；加热被清洁的GaN蚀刻产物以将铟(In)组分从GaN蚀刻产物中除去；将除去其中铟组分的GaN蚀刻产物研磨成粉末的刻蚀粉末再利用的方法，并且公开了该刻蚀粉末形成粉末层来生长发光器件的方法；然而，本专利技术的专利技术人发现，采用上述现有技术，外延生长形成的外延层的质量和性能并不理想。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合微纳米半导体结构、其制备方法及应用。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：第一方面，本专利技术提供一种复合微纳米半导体结构的制备方法，包括如下的步骤：在第一温度和第一气氛下，对外延片的外延层进行第一刻蚀处理，从而形成第一微纳米粉体结构；在第二温度和第二气氛下，对经过第一刻蚀处理的所述外延层进行第二刻蚀处理，从而形成第二微纳米粉体结构；对所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体结构交替进行氧化处理和氮化处理，获得所述复合微纳米半导体结构；其中，所述第二温度低于第一温度，所述第一气氛和第二气氛均包含刻蚀性气体，所述第二气氛中刻蚀性气体
的含量低于第一气氛中刻蚀性气体的含量。
[0008]进一步地，所述制备方法还包括在第三温度和第三气氛下，对表面设置有所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体结构进行热退火处理。该热退火处理可以于交替进行氧化处理和氮化处理之前对所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体进行处理，也可以是交替进行氧化处理和氮化处理之后对所述复合微纳米半导体结构进一步进行处理。
[0009]进一步地，所述第一温度为1300
‑
1400℃，第二温度为1000
‑
1100℃，所述第三温度为300
‑
500℃。
[0010]进一步地，所述第一气氛中刻蚀气体与载气的比例为（1：5）
‑
（1：1），压力为1
×
10
‑2‑1×
10
‑3torr，所述第二气氛中刻蚀气体与载气的比例为（1：50）
‑
（1：10），压力为1
×
10
‑2‑1×
10
‑3torr；所述第三气氛中刻蚀气体与载气的比例（1：100）
‑
（1：150），压力为1
×
10
‑2‑1×
10
‑3torr。
[0011]进一步地，所述第一刻蚀处理的时间为10
‑
100min，所述第二刻蚀处理的时间为5
‑
50min，所述热退火处理时间60
‑
180s。
[0012]进一步地，所述外延层的材质包括III
‑
V族化合物，所述刻蚀性气体包括氢气。
[0013]进一步地，所述外延片包括报废的氮化物外延片，所述外延层为报废外延层。
[0014]进一步地，所述第一微纳米粉体结构与第二微纳米粉体结构的直径比为（1.5：1）
‑
（5：1）。
[0015]进一步地，所述微纳混合粉体的直径为5nm
‑
100μm。
[0016]进一步地，所述交替进行氧化处理和氮化处理具体包括：收集所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体结构，获得微纳混合粉体，然后对所述微纳混合粉体交替进行氧化处理和氮化处理，所述微纳混合粉体的直径为5nm
‑
100μm；或，对所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体结构交替进行氧化处理和氮化处理，获得所述复合微纳米半导体结构后，收集所述复合微纳米半导体结构。
[0017]进一步地，所述微纳混合粉体或复合微纳米半导体结构的收集方法具体包括：将所述微纳混合粉体或复合微纳米半导体结构与缓冲液充分接触，使附着于所述外延层表面的所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体结构或复合微纳米半导体结构分散入所述缓冲液中，之后从所述缓冲液中分离获得所述微纳混合粉体或复合微纳米半导体结构。
[0018]更具体的，至少通过超声、振荡、液流冲击中的任一种方式使附着于所述外延层表面的所述第一粉体结构和第二粉体结构分散入所述缓冲液中。
[0019]进一步地，所述交替进行氧化处理和氮化处理具体还包括如下的步骤：在压力10
‑
760torr条件下，使氧化气体和氮化气体周期性交替接触所述微纳混合粉体，以对所述微纳混合粉体周期性交替进行氧化处理和氮化处理，从而获得所述复合微纳米半导体结构；其中，所述氧化处理的温度为550
‑
650℃，所述氮化处理的温度为700
‑
1000℃，周期性交替进行氧化处理的总时间与氮化处理的总时间之比为（1：5）
‑
（1：2），单一周期的所述氧化处理的时间为15
‑
60s，所述氧化处理和氮化处理的循环周期数为10
‑
60。
[0020]更具体的，所述氧化气体包括氧气；所述氮化气体包括氨气。
[0021]第二方面，本专利技术还提供上述制备方法制得的复合微纳米半导体结构及其在制备半导体外延结构中的用途。该用途可以是直接附着于外延片表面未进行分离或剥离而继续
进行外延生长，也可以是将游离的粉末涂覆或粘结于新的衬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合微纳米半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：在第一温度和第一气氛下，对外延片的外延层进行第一刻蚀处理，从而形成第一微纳米粉体结构；在第二温度和第二气氛下，对经过第一刻蚀处理的所述外延层进行第二刻蚀处理，从而形成第二微纳米粉体结构；对所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体结构交替进行氧化处理和氮化处理，获得所述复合微纳米半导体结构；其中，所述第二温度低于第一温度，所述第一气氛和第二气氛均包含刻蚀性气体，所述第二气氛中刻蚀性气体的含量低于第一气氛中刻蚀性气体的含量。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括在第三温度和第三气氛下，对表面设置有所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体结构进行热退火处理。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一温度为1300
‑
1400℃，所述第二温度为1000
‑
1100℃，所述第三温度为300
‑
500℃；和/或，所述第一气氛中刻蚀气体与载气的比例为（1：5）
‑
（1：1），压力为1
×
10
‑2‑1×
10
‑3torr，所述第二气氛中刻蚀气体与载气的比例为（1：50）
‑
（1：10），压力为1
×
10
‑2‑1×
10
‑3torr；所述第三气氛中刻蚀气体与载气的比例为（1：100）
‑
（1：150），压力为1
×
10
‑2‑1×
10
‑3torr；和/或，所述第一刻蚀处理的时间为10
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100min，所述第二刻蚀处理的时间为5
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50min，所述热退火处理时间60
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180s；和/或，所述外延层的材质包括III
‑
V族化合物，所述刻蚀性气体包括氢气；和/或，所述外延片包括报废的氮化物外延片，所述外延层为报废外延层；和/或，所述第一微纳米粉体结构与第二微纳米粉体结构的直径比为（1.5：1）
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（5：1）。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交替进行氧化处理和氮化处理具体包括：收集所述第一微纳米粉体结构和第二微纳米粉体结构，获得微...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫其昂，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：