一种GaN同质悬臂梁结构及其制备方法

一种gan同质悬臂梁结构及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及微机电系统(mems)技术领域，具体涉及一种gan同质悬臂梁及其制备方法。

背景技术：

2.gan具有直接带隙、熔点高、硬度高等优点，使其在光电子、大功率、高频器件领域得到广泛的应用。此外，由于gan良好的压电特性、热稳定性、化学惰性，使其在光机电领域展现出了良好的应用前景。
3.目前，传统的gan mems器件的制备是通过gan外延生长在si基质上，但是由于晶格失配和热失配使其晶体质量较差。因此通过gan基质制备其微机电系统可以有效提升器件性能。然而，在gan同质外延系统中，由于gan的稳定性，目前使用干法制备工艺的效率较低。

技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提出一种制备gan同质悬臂梁的方法，该方法应具备工艺简单、高效、可靠的特征，具体方案如下。
5.一种gan同质悬臂梁结构的制备方法，包括以下制备步骤：
6.s1，获取本征gan基底；
7.s2，在所述本征gan基底上外延第一层gan薄膜，所述第一层gan薄膜包括第一n型重掺杂区和第一非故意掺杂区，所述第一非故意掺杂区镶嵌于所述第一n型重掺杂区中；
8.s3，在所述第一层gan薄膜上外延第二层gan薄膜；所述第二层gan薄膜包括第二n型重掺杂区和第二非故意掺杂区，所述第二非故意掺杂区镶嵌于所述第二n型重掺杂区中；所述第二非故意掺杂区包括相互连接的支撑部和悬臂梁部；所述支撑部和所述第一非故意掺杂区重合连接；
9.s4，通过湿法蚀刻将所述第一n型重掺杂区和所述第二n型重掺杂区腐蚀去除，保留所述第一非故意掺杂区和所述第二非故意掺杂区，形成在本征gan基底上生长gan悬臂梁的所述gan同质悬臂梁结构。
10.作为本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法的进一步改进，步骤s1中，通过在蓝宝石或者硅衬底上生长gan获得所述本征gan基底。
11.作为本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法的进一步改进，步骤s2中，所述第一非故意掺杂区镶嵌于所述第一n型重掺杂区中的结构，通过两步外延法得到：先选区外延所述第一非故意掺杂区，再选区外延所述第一n型重掺杂区。
12.作为本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法的进一步改进，步骤s2中，所述第一非故意掺杂区镶嵌于所述第一n型重掺杂区中的结构，通过两步外延法得到：先选区外延所述第一n型重掺杂区，再选区外延所述第一非故意掺杂区。
13.作为本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法的进一步改进，步骤s2中，所述第一非故意掺杂区镶嵌于所述第一n型重掺杂区中的结构，为通过先外延一层gan本征薄膜，再
对所述gan本征薄膜选区掺杂而得到。
14.作为本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法的进一步改进，所述第一非故意掺杂区为长方体形。
15.作为本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法的进一步改进，所述悬臂梁部为长方条形，垂直连接于所述支撑部。
16.作为本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法的进一步改进，所述支撑部的厚度为所述第一非故意掺杂区的厚度的1.5～5倍。
17.作为本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法的进一步改进，步骤s4中，通过电化学湿法刻蚀或者光辅助电化学湿法刻蚀，来将所述第一n型重掺杂区和所述第二n型重掺杂区腐蚀去除。
18.本发明还提出了一种gan同质悬臂梁结构，其根据以上所述的gan悬臂梁的制备方法制备得到。所述gan同质悬臂梁结构包括本征gan基底和在所述本征gan基底上生长的gan支撑座和gan悬臂梁，所述gan支撑座由所述支撑部和所述第一非故意掺杂区重合连接而成，所述gan悬臂梁由所述悬臂梁部形成。
19.本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法工艺简单、稳定性好、制备效率高、可靠性强，可制备尺寸误差0.1nm的微机电结构，可广泛应用于微机电系统。
附图说明
20.图1是本征gan基底的结构图。
21.图2是在图1的本征gan基底上外延第一层gan薄膜的结构图。
22.图3是在图2的第一层gan薄膜上外延第二层gan薄膜的结构图。
23.图4是对图3的多层结构进行湿法蚀刻得到的gan同质悬臂梁结构图。
24.附图标记：本征gan基底1、第一层gan薄膜2、第一n型重掺杂区21、第一非故意掺杂区22、第二层gan薄膜3、第二n型重掺杂区31、第二非故意掺杂区32、支撑部321、悬臂梁部322。
具体实施方式
25.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
26.一种gan同质悬臂梁结构的制备方法，包括以下制备步骤：
27.s1，如图1所示，获取本征gan基底1。可以通过在蓝宝石或者硅衬底上生长gan获得所述本征gan基底1。
28.s2，如图2所示，在所述本征gan基底1上外延第一层gan薄膜2，所述第一层gan薄膜2包括第一n型重掺杂区21和第一非故意掺杂区22，所述第一非故意掺杂区22镶嵌于所述第一n型重掺杂区21中。该镶嵌结构可以通过两步外延法得到：可以先选区外延所述第一非故意掺杂区22，再选区外延所述第一n型重掺杂区21；或者是先选区外延所述第一n型重掺杂
区21，再选区外延所述第一非故意掺杂区22；又或是通过先外延一层gan本征薄膜，再对所述gan本征薄膜选区掺杂而得到。
29.s3，如图3所示，在所述第一层gan薄膜2上外延第二层gan薄膜3；所述第二层gan薄膜3包括第二n型重掺杂区31和第二非故意掺杂区32，所述第二非故意掺杂区32镶嵌于所述第二n型重掺杂区31中；所述第二非故意掺杂区32包括相互连接的支撑部321和悬臂梁部322；所述支撑部321和所述第一非故意掺杂区22重合连接。其中，与步骤s2相似的是，第二非故意掺杂区32镶嵌于所述第二n型重掺杂区31中的结构也可以通过两步外延法得到：即先选区外延所述第二非故意掺杂区32，再选区外延所述第二n型重掺杂区31；或者是先选区外延所述第二n型重掺杂区31，再选区外延所述第二非故意掺杂区32；又或是通过先外延一层gan本征薄膜，再对所述gan本征薄膜选区掺杂而得到。
30.s4，如图4所示，通过湿法蚀刻(例如电化学湿法刻蚀或者光辅助电化学湿法刻蚀)将所述第一n型重掺杂区21和所述第二n型重掺杂区31腐蚀去除，保留所述第一非故意掺杂区22和所述第二非故意掺杂区32，形成在本征gan基底1上生长gan悬臂梁的所述gan同质悬臂梁结构。
31.由以上制备方法可知，第二非故意掺杂区32的悬臂梁部322形成了gan悬臂梁，第一非故意掺杂区22和第二非故意掺杂区32的支撑部321相互连接成为gan悬臂梁的支撑座，本征gan基底1成为了基座，共同形成了gan同质悬臂梁结构，如图4所示。gan悬臂梁到本征gan基底1的高度为第一层gan薄膜2的厚度，即第一非故意掺杂区22的厚度。gan悬臂梁本身的厚度为第二层gan薄膜3的厚度。
32.其中，在图1～4的实施例中，所述第一非故意掺杂区22为长方体形。第二非故意掺杂区32的支撑部321的俯视形状为和所述第一非故意掺杂区22相同的长方形，两者的厚度可以不同，也可以相同。例如，根据设计需求，可以设计所述支撑部321的厚度为所述第一非故意掺杂区22的厚度的1～5倍，如1.5倍、2倍、3倍等。其中，第二非故意掺杂区32的所述悬臂梁部322为长方条形，垂直于所述支撑部321且和支撑部321一体成型，形成t形的所述第二非故意掺杂区32。按照需求，第一非故意掺杂区22和第二非故意掺杂区32也可以设计为其他形状，使第二非故意掺杂区32具有突出的悬臂梁为可，例如第一非故意掺杂区22和支撑部321设计为具有一定厚度的椭圆柱形，悬臂梁部322设计为和支撑部321呈一定角度的长条形。
33.本发明的gan同质悬臂梁结构的制备方法工艺简单、稳定性好、制备效率高、可靠性强，可制备尺寸误差0.1nm的微机电结构，可广泛应用于微机电系统。
34.以上对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制本发明要求保护的范围，而仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

技术特征：

1.一种gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：s1，获取本征gan基底；s2，在所述本征gan基底上外延第一层gan薄膜，所述第一层gan薄膜包括第一n型重掺杂区和第一非故意掺杂区，所述第一非故意掺杂区镶嵌于所述第一n型重掺杂区中；s3，在所述第一层gan薄膜上外延第二层gan薄膜；所述第二层gan薄膜包括第二n型重掺杂区和第二非故意掺杂区，所述第二非故意掺杂区镶嵌于所述第二n型重掺杂区中；所述第二非故意掺杂区包括相互连接的支撑部和悬臂梁部；所述支撑部和所述第一非故意掺杂区重合连接；s4，通过湿法蚀刻将所述第一n型重掺杂区和所述第二n型重掺杂区腐蚀去除，保留所述第一非故意掺杂区和所述第二非故意掺杂区，形成在本征gan基底上生长gan悬臂梁的所述gan同质悬臂梁结构。2.根据权利要求1所述的gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，步骤s1中，通过在蓝宝石或者硅衬底上生长gan获得所述本征gan基底。3.根据权利要求1所述的gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述第一非故意掺杂区镶嵌于所述第一n型重掺杂区中的结构，通过两步外延法得到：先选区外延所述第一非故意掺杂区，再选区外延所述第一n型重掺杂区。4.根据权利要求1所述的gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述第一非故意掺杂区镶嵌于所述第一n型重掺杂区中的结构，通过两步外延法得到：先选区外延所述第一n型重掺杂区，再选区外延所述第一非故意掺杂区。5.根据权利要求1所述的gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述第一非故意掺杂区镶嵌于所述第一n型重掺杂区中的结构，为通过先外延一层gan本征薄膜，再对所述gan本征薄膜选区掺杂而得到。6.根据权利要求1所述的gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，所述第一非故意掺杂区为长方体形。7.根据权利要求6所述的gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，所述悬臂梁部为长方条形，垂直连接于所述支撑部。8.根据权利要求1所述的gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，所述支撑部的厚度为所述第一非故意掺杂区的厚度的1.5～5倍。9.根据权利要求1所述的gan同质悬臂梁结构的制备方法，其特征在于，步骤s4中，通过电化学湿法刻蚀或者光辅助电化学湿法刻蚀，来将所述第一n型重掺杂区和所述第二n型重掺杂区腐蚀去除。10.一种gan同质悬臂梁结构，其特征在于，根据权利要求1～9任意一项所述的gan悬臂梁的制备方法制备得到；所述gan同质悬臂梁结构包括本征gan基底和在所述本征gan基底上生长的gan支撑座和gan悬臂梁，所述gan支撑座由所述支撑部和所述第一非故意掺杂区重合连接而成，所述gan悬臂梁由所述悬臂梁部形成。

技术总结

本发明涉及一种GaN同质悬臂梁的制备方法，包括以下制备步骤：获取本征GaN基底，在其上外延第一层GaN薄膜，第一层GaN薄膜包括第一n型重掺杂区和第一非故意掺杂区。在第一层GaN薄膜上外延第二层GaN薄膜。第二层GaN薄膜包括第二n型重掺杂区和第二非故意掺杂区，第二非故意掺杂区包括相互连接的支撑部和悬臂梁部；支撑部和第一非故意掺杂区重合连接。通过湿法蚀刻将第一n型重掺杂区和第二n型重掺杂区腐蚀去除，保留第一非故意掺杂区和第二非故意掺杂区，形成在本征GaN基底上生长GaN悬臂梁的GaN同质悬臂梁结构。本发明的GaN同质悬臂梁结构的制备方法工艺简单、稳定性好、制备效率高、可靠性强，可制备尺寸误差0.1nm的微机电结构，可广泛应用于微机电系统。可广泛应用于微机电系统。可广泛应用于微机电系统。