非极性面Ⅲ族氮化物外延结构及其制备方法

摘要

本发明公开了一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，包括衬底以及外延生长在所述衬底的非极性面上的相互间隔的多个二次外延柱状结构，所述二次外延柱状结构包括沿垂直于所述衬底的所述非极性面方向依次叠加的成核层、第一非极性面Ⅲ族氮化物层、掩膜层以及第二非极性面Ⅲ族氮化物层，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层和所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的外延生长表面为Ⅲ族氮化物的非极性面。本发明还公开了一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法。

权利要求

1.一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，包括衬底以及外延生长在所述衬底的非极性面上的相互间隔的多个二次外延柱状结构，所述二次外延柱状结构包括沿垂直于所述衬底的所述非极性面方向依次叠加的成核层、第一非极性面Ⅲ族氮化物层、掩膜层以及第二非极性面Ⅲ族氮化物层，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层和所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的外延生长表面为Ⅲ族氮化物的非极性面，所述掩膜层的材料包括硅、二氧化硅及氮化硅中的一种。

2.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述衬底的材料包括蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌以及Ⅲ族氮化物中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述成核层的材料包括AlaInbGa1-a-bN，其中0≤a≤1、0≤b≤1及0≤1-a-b≤1。

4.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述成核层的厚度为30nm～300nm。

5.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述二次外延柱状结构的横向直径为100nm～900nm。

6.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述多个柱形结构在所述衬底上的覆盖率为30％～80％。

7.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层的材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1、0≤y≤1及0≤1-x-y≤1，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层的材料为六方晶系结构，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层的非极性面为所述六方晶系的 面。

8.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层的厚度为1μm-6μm。

9.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述掩膜层的厚度为50nm～350nm。

10.根据权利要求1所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，其特征在于，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的材料包括Alx’Iny’Ga1-x’-y’N，其中0≤x’≤1、0≤y’≤1及0≤1-x’-y’≤

1，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的材料为六方晶系结构，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的非极性面为所述六方晶系的 面。

11.一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法，包括以下步骤：在衬底的非极性面上外延生长成核层；

在所述成核层上外延生长第一非极性面Ⅲ族氮化物层；

在所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层上覆盖图形化的掩膜层，所述掩膜层的材料包括硅、二氧化硅及氮化硅中的一种；

通过所述图形化的掩膜层向下刻蚀至所述衬底，形成相互间隔的多个一次外延柱状结构；以及在所述图形化的掩膜层的表面外延生长第二非极性面Ⅲ族氮化物层，得到相互间隔的多个二次外延柱状结构。

12.根据权利要求11所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法，其特征在于，通过分子束外延法或金属有机化学气相沉积法生长所述成核层。

13.根据权利要求11所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法，其特征在于，通过金属有机化学气相沉积法生长所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层。

14.根据权利要求11所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法，其特征在于，所述覆盖图形化的掩膜层的步骤包括：在所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层上沉积掩膜层；

在所述掩膜层上涂覆光刻胶层；

对所述光刻胶层进行光刻显影形成图形化的光刻胶层；以及

通过所述图形化的光刻胶层对所述掩膜层进行刻蚀，得到所述图形化的掩膜层。

15.根据权利要求11所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法，其特征在于，所述向下刻蚀方法为感应耦合等离子体刻蚀法。

16.根据权利要求11所述的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法，其特征在于，通过金属有机化学气相沉积法生长第二非极性面Ⅲ族氮化物层。

说明书

非极性面Ⅲ族氮化物外延结构及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构及其制备方法。

背景技术

[0002] 以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物半导体材料在制备高效率的发光二极管(LED)方面有着重大实用价值。目前，氮化镓(GaN)普遍外延在(001)面蓝宝石衬底上，然而，蓝宝石衬底和氮化镓(GaN)之间较大的晶格失配使得氮化镓(GaN)材料受到较严重的内部应力，产生较大的压电场。此外，由于氮化镓(GaN)的特殊晶体结构(纤锌矿结构)，其本身受到一定的自发极化效应。二者的共同作用可引起较为强大的内建电场，大大降低电子和空穴的复合效率，降低LED的发光效率。

[0003] 一种有效解决上述问题的方法是外延非极性或半极性氮化镓(GaN)。其中最常见的是在六方晶系结构的蓝宝石的 r面上生长外延表面为非极性面 面的氮化镓。然而，由于非极性面氮化镓(GaN)和蓝宝石之间有非常大的晶格失配，致使氮化镓(GaN)晶体质量非常不理想，严重影响LED的发光效率。因此，提高非极性面氮化镓(GaN)的晶体质量是提高LED发光效率的关键。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对非极性Ⅲ族氮化物外延结构晶格失配导致的质量问题，提供一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构及其制备方法。

[0005] 一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，包括衬底以及外延生长在所述衬底的非极性面上的相互间隔的多个二次外延柱状结构，所述二次外延柱状结构包括沿垂直于所述衬底的所述非极性面方向依次叠加的成核层、第一非极性面Ⅲ族氮化物层、掩膜层以及第二非极性面Ⅲ族氮化物层，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层和所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的外延生长表面为Ⅲ族氮化物的非极性面。

[0006] 在其中一个实施例中，所述衬底的材料包括蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌以及Ⅲ族氮化物中的至少一种。

[0007] 在其中一个实施例中，所述成核层的材料包括AlaInbGa1-a-bN，其中0≤a≤1、0≤b≤1及0≤1-a-b≤1。

[0008] 在其中一个实施例中，所述成核层的厚度为30nm～300nm。

[0009] 在其中一个实施例中，所述二次外延柱状结构的横向直径为100nm～900nm。

[0010] 在其中一个实施例中，所述多个柱形结构在所述衬底上的覆盖率为30％～80％。

[0011] 在其中一个实施例中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层的材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1、0≤y≤1及0≤1-x-y≤1，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层的材料为六方晶系结构，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层的非极性面为所述六方晶系的 面。

[0012] 在其中一个实施例中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层的厚度为1μm-6μm。

[0013] 在其中一个实施例中，所述掩膜层的材料包括硅、二氧化硅及氮化硅中的一种。

[0014] 在其中一个实施例中，所述掩膜层的厚度为50nm～350nm。

[0015] 在其中一个实施例中，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的材料包括Alx’Iny’Ga1-x’-y’N，其中0≤x’≤1、0≤y’≤1及0≤1-x’-y’≤1，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的材料为六方晶系结构，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的非极性面为所述六方晶系的面。

[0016] 一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法，包括以下步骤：

[0017] 在衬底的非极性面上外延生长成核层；

[0018] 在所述成核层上外延生长第一非极性面Ⅲ族氮化物层；

[0019] 在所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层上覆盖图形化的掩膜层；

[0020] 通过所述图形化的掩膜层向下刻蚀至所述衬底，形成相互间隔的多个一次外延柱状结构；以及

[0021] 在所述图形化的掩膜层的表面外延生长第二非极性面Ⅲ族氮化物层，得到相互间隔的多个二次外延柱状结构。

[0022] 在其中一个实施例中，通过分子束外延法或金属有机化学气相沉积法生长所述成核层。

[0023] 在其中一个实施例中，通过金属有机化学气相沉积法生长所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层。

[0024] 在其中一个实施例中，所述覆盖图形化的掩膜层的步骤包括：

[0025] 在所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层上沉积掩膜层；

[0026] 在所述掩膜层上涂覆光刻胶层；

[0027] 对所述光刻胶层进行光刻显影形成图形化的光刻胶层；以及

[0028] 通过所述图形化的光刻胶层对所述掩膜层进行刻蚀，得到所述图形化的掩膜层。

[0029] 在其中一个实施例中，所述向下刻蚀方法为感应耦合等离子体刻蚀法。

[0030] 在其中一个实施例中，通过金属有机化学气相沉积法生长第二非极性面Ⅲ族氮化物层。

[0031] 本发明在衬底的非极性面上形成多个间隔的柱状结构，所述柱状结构的成核层、第一非极性面Ⅲ族氮化物层和掩膜层依次叠加形成一次外延柱状结构，在所述掩膜层上二次外延叠加生长第二非极性面Ⅲ族氮化物层，形成二次外延柱状结构。由于柱状结构的成核层、第一非极性面Ⅲ族氮化物层和掩膜层形成的一次外延柱状结构具有高的面积体积比，在一次外延柱状结构上二次外延生长所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层能够降低第一非极性面Ⅲ族氮化物层穿透到一次外延柱状结构顶部的位错密度，防止第一非极性面Ⅲ族氮化物层的晶格缺陷延伸到第二非极性面Ⅲ族氮化物层。所述多个二次外延柱状结构在所述衬底上相互间隔，使所述二次外延柱状结构的侧面暴露，进一步提高所述柱状结构的面积体积比。所述掩膜层将所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层和所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层隔离，避免所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层与衬底的晶格失配延伸到所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层，降低所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层的晶格失配率，提高所述非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的晶体质量。

附图说明

[0032] 图1为本发明一实施例的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的结构示意图；

[0033] 图2为本发明一实施例未刻蚀前的第一非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的结构示意图；

[0034] 图3为本发明一实施例未刻蚀时的第一非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的结构示意图；

[0035] 图4为本发明一实施例的掩膜版的结构示意图。

具体实施方式

[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的非极性面Ⅲ族氮化物外延结构及其制备方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0037] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。

[0038] 请参阅图1，本发明实施例提供一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构，包括衬底1以及外延生长在所述衬底1的非极性面上的相互间隔的多个二次外延柱状结构，所述二次外延柱状结构包括沿所述衬底的所述非极性面依次叠加的成核层2、第一非极性面Ⅲ族氮化物层3、掩膜层4以及第二非极性面Ⅲ族氮化物层7，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的外延生长表面为Ⅲ族氮化物的非极性面。

[0039] 本发明实施例在衬底1的非极性面上形成多个间隔的二次外延柱状结构，所述成核层2、第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和掩膜层4依次叠加形成一次外延柱状结构，在所述掩膜层4上二次外延叠加生长第二非极性面Ⅲ族氮化物层7形成二次外延柱状结构，由于一次外延柱状结构的成核层2、第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和掩膜层4具有高的面积体积比，在一次外延柱状结构上二次外延生长所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7能够降低第一非极性面Ⅲ族氮化物层3穿透到一次外延柱状结构顶部的位错密度，防止第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的晶格缺陷延伸到第二非极性面Ⅲ族氮化物层7。所述多个二次外延柱状结构在所述衬底1上相互间隔，使所述二次外延柱状结构的侧面暴露，进一步提高所述二次外延柱状结构的面积体积比。所述掩膜层4将所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7隔离，避免所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3与衬底1的晶格失配延伸到所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7，降低所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的晶格失配率，提高所述非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的晶体质量。

[0040] 六方晶系的氮化镓晶体的外延生长表面通常为(0001)面，由于六方晶系的(0001)面上存在着自然极化电场，极化电场的存在会导致电子和空穴在生长方向上(也即电流传输方向)的空间分离，从而降低发光效率。本发明Ⅲ族氮化物层的外延生长表面为非极性面，沿所述非极性面生长使得极化电场方向和垒晶方向垂直，电子和空穴在生长方向上的空间分离最小，从而能够提高载流子的辐射复合效率，提高半导体发光效率。

[0041] 在一实施例中，所述衬底1的材料可以为蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌以及Ⅲ族氮化物，所述衬底1的表面为非极性面。例如，所述蓝宝石的非极性面为 r面。

[0042] 在一实施例中，所述成核层2的材料可以表示为AlaInbGa1-a-bN，其中0≤a≤1、0≤b≤1及0≤1-a-b≤1。所述成核层2用于提供成核位置，使所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3可以生长。在一实施例中，所述成核层2的材料可以为AlN晶元、InN晶元、GaN晶元以及所述Al、In或Ga与N形成的三元或四元掺杂复合物。在一实施例中，所述成核层2的厚度为30nm～300nm。在所述厚度范围内，所述成核层2具有更高的成核效果和更好的外延能力。

[0043] 在一实施例中，所述多个二次外延柱状结构的侧面可以为圆形、方形、三角形等。优选为圆形，使得所述成核层2上形成的所述二次外延柱状结构为圆柱。优选的，所述多个二次外延柱状结构在所述衬底1上的排列呈一定规律性，有利于保证形成的所述二次外延柱状结构的一致性。

[0044] 在一实施例中，所述多个二次外延柱状结构在所述衬底1的非极性面的覆盖率为30％～80％。在所述范围内，所述衬底1的利用率更高，形成所述多个二次外延柱状结构之间不会相互影响，有利于提高所述非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的质量。所述二次外延柱状结构的横向尺寸为微米级或纳米级，优选为100nm～900nm。

[0045] 在一实施例中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的材料包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1、0≤y≤1及0≤1-x-y≤1。在一实施例中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的材料可以为沿非极性面生长的AlN晶元、InN晶元、GaN晶元以及所述Al、In或Ga与N形成的三元或四元掺杂复合物。所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的材料为六方晶系结构，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的非极性面可以为所述六方晶系的 面。所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的生长界面为非极性面，能够抑制异质结的能带弯曲和倾斜所引起的波长偏移，使所述极性面Ⅲ族氮化物外延结构形成的半导体器件器件获得稳定的波长，提高所述半导体器件的发光效率。在一实施例中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的厚度为1μm-6μm。在所述厚度范围内，使电子和空穴的复合效率更高，提高所述半导体器件的性能。

[0046] 在一实施例中，所述掩膜层4的材料包括硅、二氧化硅及氮化硅中的一种。所述掩膜层4能够防止位错沿垂直所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的外延表面的方向延伸，提高所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的晶体质量。

[0047] 在一实施例中，所述掩膜层4的厚度为50nm～350nm。所述掩膜层4和所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的厚度相配合，保证所述晶格失配尽可能小的延伸到所述非极性面Ⅲ族氮化物层上。

[0048] 在一实施例中，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的材料包括Alx’Iny’Ga1-x’-y’N，其中0≤x’≤1、0≤y’≤1及0≤1-x’-y’≤1。在一实施例中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的材料可以为沿非极性面生长的AlN晶元、InN晶元、GaN晶元以及所述Al、In或Ga与N形成的三元或四元掺杂复合物。所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的材料为六方晶系结构，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的非极性面可以为所述六方晶系的 面。所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的材料与所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的材料可以相同或不同。优选的，所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的材料与所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的材料相同，有利于降低所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的晶格失配率，提高所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7的晶体质量。所述二非极性面Ⅲ族氮化物层的生长厚度可以根据需要进行调整。

[0049] 本发明实施例还提供一种非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的制备方法，包括以下步骤：

[0050] S10，在衬底1的非极性面上外延生长成核层2；

[0051] S20，在所述成核层2上外延生长第一非极性面Ⅲ族氮化物层3；

[0052] S30，在所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3上覆盖图形化的掩膜层4；

[0053] S40，通过所述图形化的掩膜层4向下刻蚀至所述衬底1，形成相互间隔的多个一次外延柱状结构；以及

[0054] S50，在所述图形化的掩膜层4的表面外延生长第二非极性面Ⅲ族氮化物层7，得到相互间隔的多个二次外延柱状结构。7。

[0055] 本发明所述制备方法通过对第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和成核层2进行刻蚀，在所述衬底1上形成成核层2、第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和掩膜层4叠加的一次外延柱状结构，所述刻蚀深度延伸至所述衬底1，使所述一次外延柱状结构的侧面暴露，使所述一次外延柱状结构具有高的面积体积比例，降低第一非极性面Ⅲ族氮化物层的晶格失配穿透到一次外延柱状结构顶部的位错密度性。在所述一次外延柱状结构顶部的掩膜层4上继续生长所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7，所述掩膜层4能够防止所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3贯穿式的位错沿垂直方向延伸到所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7，所述制备方法有利于降低非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的晶格失配率，提高所述非极性面Ⅲ族氮化物外延结构的晶体质量。

[0056] 在步骤S10前，可以包括对所述衬底1的预处理步骤，所述预处理用于使所述衬底1保持高质量状态，为外延结构的生长提供良好的基础。在一实施例中，所述衬底1的预处理步骤可以包括抛光、清洗和退火处理。所述抛光处理可以包括用金刚石等切割工具在所述衬底1表面切割形成非极性面。所述清洗处理可以包括去离子水清洗和有机溶剂清洗。所述去离子水清洗可以为室温下超声波清洗2分钟-8分钟，去除所述趁低表面的粘污颗粒。所述去离子水清洗后可以包括有机溶剂清洗，所述有机溶剂清洗可以包括用有机溶剂，例如盐酸、丙酣、乙醇洗涤，去除所述衬底1表面的有机物。所述退火处理可以包括在温度800℃-1200℃下，以一定速率的高纯氮气或高纯氢气吹扫所述衬底1，以使所述衬底1获得原子级平整的表面。所述吹扫速率可以为3L/min-8L/min，所述退火时间可以为1小时-3小时。

[0057] 在步骤S10中，所述外延生长所述成核层2的方法可以为分子束外延法(MBE)或金属有机化学气相沉积法(MOCVD)。所述MBE法是在数量级为超高真空下通过慢沉积蒸发镀膜的一种方法。所述MBE法生长所述成核层2的步骤可以包括加热放置于分子束外延反应腔体中的所述衬底1并在分子束外延反应腔体中同时形成所述成核层2材料或所含元素的束流，从而在所述衬底1的所述非极性面形成所述成核层2。在一实施例中，所述成核层2为氮化铝时，所述束流可以为氮气和铝的束流。所述金属有机化学气相沉积可以包括将Ⅲ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底1上进行气相外延形成所述成核层2。在一实施例中，所述成核层2为氮化镓层，所述MOCVD法生长所述成核层2的步骤可以包括在氨气的气氛下，通入三甲基镓或三乙基镓等镓的烷基化合物，形成所述氮化镓成核层2。所述成核层2的生长温度可以为1000℃-1200℃。

[0058] 在步骤S20中，生长所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3可以包括金属有机化学气相沉积法(MOCVD)。在一实施例中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的材料包括AlxInyGa1-x-yN，所述生长方法可以包括在氨气的气氛下，按一定比例通入镓的烷基化合物、铝的烷基化合物和铟的烷基化合物，沿所述非极性面 面方向生长所述AlxInyGa1-x-yN层。所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的生长温度可以为1000℃-1200℃。

[0059] 请参阅图2和图3，在步骤S30中，形成所述图形化的掩膜层4的步骤可以包括：S32，在所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3上沉积掩膜层4；S34，在所述掩膜层4上涂覆光刻胶层5；S36，对所述光刻胶层5进行光刻显影形成图形化的光刻胶层5；以及S38，通过所述图形化的光刻胶层5对所述掩膜层4进行刻蚀，得到所述图形化的掩膜层4。

[0060] 在一实施例中，所述步骤S32沉积掩膜层4的方法可以包括等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)。所述PECVD法沉积所述掩膜层4的步骤可以包括借助微波或射频等使含有所述掩膜层4组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，所述等离子体发生反应沉积形成所述掩膜层4。在一实施例中，所述掩膜层4氧化硅，所述沉积氧化硅掩膜层4的步骤可以包括用微波或射频等形成氧原子和硅原子的气体等离子体，氧等离子体和硅等离子体在所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3上沉积形成所述氧化硅掩膜层4。所述掩膜层4的沉积温度可以为200℃-350℃。

[0061] 在一实施例中，所述步骤S34涂覆光刻胶层5的步骤可以为用匀胶机以一定转速将光刻胶涂敷在所述掩膜层4的表面。所述转速可以为3000rpm-5000rpm。

[0062] 在一实施例中，所述步骤S36的光刻显影可以为将掩膜版6设置在光刻胶层5上，使用平行紫外光照射有遮光层掩膜版6，被所述紫外光照射的所述光刻胶5性质改变，可以溶于显影液，被所述遮光层遮挡的区域未被紫外光照射，所述未被紫外光照射的光刻胶层5性质不发生改变，因此不溶于显影液，从而使所述掩膜版6上的图案1:1地转移到所述光刻胶层5上。在一实施例中，所述紫外光的波长可以为150nm-400nm。

[0063] 请参阅图4，所述掩膜版6可以包括基板601和不透光层602，所述不透光层602是可以通过溅射的方法镀在所述基板601表面，所述不透光层602的厚度可以为0.05μm-0.15μm。所述不透光层602在所述基板601上可以形成有若干相互间隔的不透光区域，所述不透光区域外的区域可以使光透过。所述不透光区域可以为圆形、方形、三角形及不规则图形等。优选的，所述不透光区域呈圆形阵列分布于所述基板601上。

[0064] 在步骤S38中，所述掩膜层4的刻蚀方法可以包括干法刻蚀。所述干法刻蚀的刻蚀气体可以包括CHF3和SF6。CHF3和SF6与未被光刻胶层5覆盖的所述掩膜层4的刻蚀表面发生反应，将暴露于所述图形化的光刻胶层5的所述掩膜层4去除，形成与所述图形化光刻胶层5图案相同的图形化的掩膜层4。

[0065] 在所述步骤S40中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和所述成核层2的刻蚀可以为感应耦合等离子体干法刻蚀(ICP)。所述感应耦合等离子体干法刻蚀为通入刻蚀气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学活性的等离子体，在电场的加速作用下移动到样品表面，对所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和所述成核层2的刻蚀表面既进行化学反应生成挥发性气体，又有一定的物理刻蚀作用。在一实施例中，所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3和所述成核层2的刻蚀气体Cl2和Ar，所述刻蚀功率为50w-150w，所述刻蚀时间为5分钟-20分钟。

[0066] 沿所述掩膜层4刻蚀至所述衬底1，完全刻蚀掉所述二次外延柱状结构之间的所述成核层2，能够保证被刻蚀形成的间隙中没有能够生长所述非极性面Ⅲ族氮化物层的基础，保证所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7仅在所述一次外延柱状结构的掩膜层4上生长，有利于提高二次外延形成的所述非极性面Ⅲ族氮化物层的质量。

[0067] 在步骤S50中，在未进行刻蚀的、覆盖有所述掩膜层4的表面外延生长第二非极性面Ⅲ族氮化物层7。所述第二非极性面Ⅲ族氮化物层7与所述第一非极性面Ⅲ族氮化物层3的生长方法和生长条件可以相同，这里不再赘述。

[0068] 实施例1

[0069] 利用MOCVD在 r面蓝宝石衬底1上生长氮化铝(AlN)成核层2，所述AlN成核层2的厚度为150nm；

[0070] 利用MOCVD在所述AlN成核层2上外延生长 非极性面的第一非极性面氮化铝层(第一非极性面Ⅲ族氮化物层3)，所述第一非极性面氮化铝层的厚度为3.5mm；

[0071] 利用PECVD在所述第一非极性面氮化铝层生长300nm的SiO2掩膜层4，所述SiO2掩膜层4的厚度为80nm；

[0072] 使用匀胶机在4000rpm的转速下将光刻胶均匀涂覆在所述SiO2掩膜层4上形成光刻胶层5；

[0073] 将掩膜版设置在光刻胶层5上，并用紫外线进行照射，将被紫外光照射的光刻胶去除，所述紫外线波长范围为280nm-190nm；

[0074] 对暴露出的SiO2掩膜层进行干法刻蚀，刻蚀气体为CHF3和SF6，直至刻蚀至所述第一非极性面氮化铝层；

[0075] 利用ICP对所述第一非极性面氮化铝层和所述AlN成核层2进行刻蚀，所述刻蚀气体为Cl2和Ar，刻蚀功率为100w，刻蚀时间为10分钟，得到微纳米柱阵列；

[0076] 利用MOCVD在所述微纳米柱阵列顶部的SiO2掩膜层4上进行外延 非极性面氮化镓层(第二非极性面Ⅲ族氮化物层7)。

[0077] 实施例2

[0078] 利用MBE在 r面蓝宝石衬底1上生长氮化镓成核层2，所述氮化镓成核层2的厚度为40nm；

[0079] 利用MOCVD在所述氮化镓成核层2上外延生长 非极性面的第一非极性面氮化镓层(第一非极性面Ⅲ族氮化物层3)，所述一非极性面氮化镓层的厚度为4mm；

[0080] 利用PECVD在所述第一非极性面氮化镓层生长300nm的SiO2掩膜层4，所述SiO2掩膜层4的厚度为90nm；

[0081] 使用匀胶机在4000rpm的转速下将光刻胶均匀涂覆在所述SiO2掩膜层4上形成光刻胶层5；

[0082] 将掩膜版设置在光刻胶层5上，并用紫外线进行照射，将被紫外光照射的光刻胶去除，所述紫外线波长范围为400nm-315nm；

[0083] 对暴露出的SiO2掩膜层进行干法刻蚀，刻蚀气体为CHF3和SF6，直至刻蚀至所述第一非极性面氮化镓层；

[0084] 利用电ICP对所述第一非极性面氮化镓层和所述氮化镓成核层2进行刻蚀，所述刻蚀气体为Cl2和Ar，刻蚀功率为100w，刻蚀时间为10分钟，得到微纳米柱阵列；

[0085] 利用MOCVD在所述微纳米柱阵列顶部的SiO2掩膜层4上进行外延 非极性面氮化铝层(第二非极性面Ⅲ族氮化物层7)。

[0086] 实施例3

[0087] 利用MOCVD在 r面蓝宝石衬底1上生长氮化铝(AlN)成核层2，所述AlN成核层2的厚度为300nm；

[0088] 利用MOCVD在所述AlN成核层2上外延生长 非极性面的第一非极性面氮化镓层(第一非极性面Ⅲ族氮化物层3)，第一非极性面氮化镓层的厚度为4.5mm；

[0089] 利用PECVD在所述第一非极性面氮化镓层生长300nm的SiO2掩膜层4，所述SiO2掩膜层4的厚度为100nm；

[0090] 使用匀胶机在4000rpm的转速下将光刻胶均匀涂覆在所述SiO2掩膜层4上形成光刻胶层5；

[0091] 将掩膜版设置在光刻胶层5上，并用紫外线进行照射，将被紫外光照射的光刻胶去除，所述紫外线波长范围为315nm-280nm；

[0092] 对暴露出的SiO2掩膜层进行干法刻蚀，刻蚀气体为CHF3和SF6，直至刻蚀至所述第一非极性面氮化镓层；

[0093] 利用ICP对所述第一非极性面氮化镓层和所述AlN成核层进行刻蚀，所述刻蚀气体为Cl2和Ar，刻蚀功率为100w，刻蚀时间为10分钟，得到微纳米柱阵列；

[0094] 利用MOCVD在所述微纳米柱阵列顶部的SiO2掩膜层4上进行外延 非极性面氮化镓(第二非极性面Ⅲ族氮化物层7)。

[0095] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0096] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。