氮化物外延薄膜的選區(qū)生長方法，包括以下步驟:
[0016]I)選取襯底:
[0017]襯底采用晶向為〈111〉、〈110〉或〈100〉的硅襯底，或者采用在硅襯底上外延生長了厚度為10?100nm的AlN成核層的復(fù)合襯底；
[0018]2)在襯底上鋪設(shè)碳納米管掩膜:
[0019]將已生長好的碳納米管薄膜從其生長襯底上剝離，然后依據(jù)需要在襯底上鋪設(shè)單層或多層碳納米管薄膜，形成碳納米管掩膜，最終形成的碳納米管掩膜中，平行排列的碳納米管會相互聚集，形成平行排列的捆簇結(jié)構(gòu)，每一捆簇中碳納米管之間的間距為納米量級，形成納米級生長窗口 ；相鄰捆簇之間的間距為微米量級，形成微米級生長窗口，納米級生長窗口和微米級生長窗口會相間排列，套構(gòu)而成微米/納米復(fù)合尺寸掩膜；
[0020]3)在鋪設(shè)了碳納米管掩膜的襯底上，生長III族氮化物外延薄膜:
[0021]采用金屬有機物化學(xué)氣相沉積MOCVD或分子束外延MBE技術(shù)生長III族氮化物外延薄膜。
[0022]其中，在步驟2)中，碳納米管掩膜中，碳納米管可以為單壁或多壁，單根碳納米管的直徑在10?10nm之間，相鄰的碳納米管之間的距離在10?500nm之間，形成納米級生長窗口 ；每一捆簇的直徑在I?10 μπι之間，相鄰的捆簇之間的距離在I?20 μπι之間，形成微米級生長窗口。針對不同的襯底，依據(jù)襯底晶向及晶體生長模式的不同選用不同的碳納米管掩膜結(jié)構(gòu)。碳納米管掩膜可以包含單層或多層碳納米管薄膜，每一層碳納米管薄膜均為準(zhǔn)有序的、平行排列的碳納米管陣列，而多層碳納米管薄膜之間則能根據(jù)需要相互平行、垂直或交叉成銳角排列，從而用多層碳納米管薄膜構(gòu)建出具有矩形、六角形、平行四邊形等任意平面幾何圖形的掩膜結(jié)構(gòu)。
[0023]步驟3)中，如果步驟I)中采用已經(jīng)生長了 AlN成核層的復(fù)合襯底，然后在復(fù)合襯底上鋪設(shè)碳納米管掩膜，則直接高溫生長III族氮化物外延薄膜；如果步驟I)中采用硅襯底，然后在硅襯底上鋪設(shè)碳納米管掩膜，則在步驟3)中先生長AlN成核層，然后再高溫生長III族氮化物外延薄膜。
[0024]采用MOCVD在鋪設(shè)了碳納米管掩膜的硅襯底上生長AlN成核層時，以氫氣作為載氣，以三甲基鋁TMAl作為III族源，其流量為10?lOOsccm，以氨氣作為V族源，其流量在100?8000sccm之間，V族源與III族源摩爾數(shù)比例V/III在50?1500之間，溫度在800?1200°C之間，壓強在50?200Torr之間，AlN成核層的厚度在10?100nm之間。
[0025]高溫生長III族氮化物外延薄膜時，以氫氣、氮氣或二者的混合氣體作為載氣，以III族金屬有機物作為III族源，其流量為10?200SCCm，以氨氣作為V族源，其流量為100?8000sccm，V/III在50?5000之間，溫度在800?1100°C之間，壓強在50?500Torr之間。通過改變生長時間，可生長出厚度在1nm?10 μπι之間的高質(zhì)量III族氮化物外延薄膜。
[0026]進一步，在高溫生長III族氮化物外延薄膜的過程中，可多次插入碳納米管掩膜，即在III族氮化物外延薄膜中插入多層碳納米管掩膜，在生長方向上形成多層的碳納米管掩膜和多層的III族氮化物外延薄膜相間排列的結(jié)構(gòu)，從而形成周期性掩膜結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)上可生長出晶體質(zhì)量進一步提高的III族氮化物外延薄膜。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0028](I)雖然同屬于選區(qū)生長技術(shù)方案，但相比于現(xiàn)有技術(shù)中的圖形化硅襯底和具有掩膜圖形的硅襯底，本發(fā)明中碳納米管掩膜的制備具有工藝簡單，成本低廉、環(huán)保等優(yōu)點；相比于二氧化硅、氮化硅等掩膜材料，碳納米管材料具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫以及表面潔凈度高等優(yōu)點；此外，碳納米管掩膜具有圖形的尺寸、形狀均靈活且精確可控的優(yōu)點；
[0029](2)與常規(guī)的平面硅襯底外延技術(shù)，以及上述兩種選區(qū)生長技術(shù)相比，本發(fā)明采用了碳納米管陣列作為微米/納米復(fù)合尺寸掩膜，可兼顧微米級掩膜和納米級掩膜的優(yōu)點，同時克服二者各自的缺點，無需各類復(fù)雜的預(yù)應(yīng)力層結(jié)構(gòu)，即可直接得到高質(zhì)量的III族氮化物外延薄膜，在較小厚度內(nèi)得到表面光亮，且高質(zhì)量、低應(yīng)力的III族氮化物外延薄膜；
[0030](3)本發(fā)明的碳納米管掩膜除了可在生長前鋪設(shè)于襯底上以外，還可以在外延薄膜中多次插入，以形成多層的周期性掩膜，進一步提高III族氮化物外延薄膜的晶體質(zhì)量；
[0031](4)由于碳納米管具有熱導(dǎo)率高和電導(dǎo)率高等特點，因此對后續(xù)制得的微電子或光電子器件而言，可以起到散熱及電流擴展等作用。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明的硅襯底上III族氮化物外延薄膜的選區(qū)生長結(jié)構(gòu)的碳納米管掩膜的微米級生長窗口和納米級生長窗口的示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明的硅襯底上III族氮化物外延薄膜的選區(qū)生長結(jié)構(gòu)的多層碳納米管掩膜形成周期性掩膜的爆炸圖；
[0034]圖3為本發(fā)明的硅襯底上III族氮化物外延薄膜的選區(qū)生長結(jié)構(gòu)的實施例一的鋪設(shè)碳納米管掩膜的爆炸圖；
[0035]圖4為本發(fā)明的硅襯底上III族氮化物外延薄膜選區(qū)生長結(jié)構(gòu)的實施例一的爆炸圖；
[0036]圖5為本發(fā)明的硅襯底上III族氮化物外延薄膜的選區(qū)生長結(jié)構(gòu)的實施例二的構(gòu)爆炸圖；
[0037]圖6為本發(fā)明的硅襯底上III族氮化物外延薄膜的選區(qū)生長結(jié)構(gòu)的實施例三的爆炸圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0039]如圖1所示，在襯底I上鋪設(shè)兩層碳納米管薄膜作為碳納米管掩膜2，兩層碳納米管薄膜互相垂直，每一層碳納米管薄膜包括多個平行排列的捆簇結(jié)構(gòu)，相鄰的捆簇之間形成微米級生長窗口 31，每一個捆簇包括多根平行排列的碳納米管，相鄰的碳納米管之間形成納米級生長窗口 32，納米級生長窗口與微米級生長窗口相間的排列，形成微米/納米復(fù)合尺寸掩膜。
[0040]如圖2所示，除在襯底上鋪設(shè)碳納米管掩膜外，在III族氮化物外延薄膜的生長過程中再鋪設(shè)多層碳納米管掩膜，即在III族氮化物外延薄膜4中插入多層碳納米管掩膜2，形成生長方向上的周期性掩膜。
[0041]實施例一
[0042]在本實施例中，復(fù)合襯底包括〈111〉晶向的硅襯底以及生長在其上的AlN成核層，在復(fù)合襯底上鋪設(shè)三層碳納米管薄膜作為碳納米管掩膜，制備GaN外延薄膜。
[0043]本實施例的硅襯底上GaN外延薄膜的選區(qū)生長方法，包括以下步驟:
[0044]I)襯底I采用MOCVD技術(shù)在〈111〉晶向的硅襯底11上生長AlN成核層12，形成復(fù)合襯底:
[0045]a)在MOCVD反應(yīng)室內(nèi)，在氫氣氣氛下，氣壓為150Torr，升溫至1100°C烘焙10分鐘，以進行原位清洗處理；
[0046]b)在氫氣氣氛下，氣壓升至75Torr，溫度降至1000°C，通入三甲基鋁TMAl作為鋁源，通入時間為15s，預(yù)鋪多個鋁原子層，以防止形成多晶氮化硅；
[0047]c)在氫氣氣氛下，氣壓為75Torr，溫度為1000 °C，通入TMAl作為鋁源，其流量為25sccm，通入