[發明專利]一種InP薄膜異質襯底的制備方法

在審

• 申請號: 201710071303.6
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN106711026A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 歐欣;林家杰;游天桂;黃凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/683
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明屬于半導體制備技術領域，特別涉及一種利用離子共注入制備InP薄膜異襯底的方法。

背景技術

InP是一種III-V族化合物半導體，具有寬的禁帶寬度，電子遷移率快，熱導率高，抗輻射性好等優點。InP器件能夠對高頻率或短波長的信號實現放大，結合它的耐輻射性好，常被用于制造衛星信號接收器和放大器，寬的禁帶寬度使得器件的穩定性很高，受到外界影響較小。在光電集成電路方面，InP是現在唯一可以支持一個光源的單片集成的半導體材料，InP是直接帶隙半導體，可以制成光放大器、激光器和光探測器，除此之外，InP可以提供納秒級的調制速度，還可以實現功率的分流和集合，以及被動式光波導和波長的多路復用，利用InP這些優點制成的光電集成電路在復雜的通信系統中有著優異的表現。

隨著半導體芯片的集成度越來越高，InP在異質襯底上的集成也顯得尤為重要。目前，實現InP異質集成材料主要采用的是異質外延生長法，如MBE，MOCVD等方法。但是，異質外延生長的InP異質集成材料存在著反相疇、晶格失配和熱膨脹系數差異等問題，使其相比于InP單晶體材料具有更大的缺陷密度，降低器件的工作性能與可靠性。另外，InP襯底價格十分昂貴，這導致InP材料無法大規模的使用。為了克服這些缺點，一種新的制備InP薄膜異質集成材料的方法應運而生—離子束剝離，即將一定能量的離子注入到InP襯底中，并在襯底的預定深度產生缺陷層，將離子注入后的襯底與異質襯底進行鍵合，最后在一定溫度下退火后，將InP薄膜沿缺陷層從InP襯底剝離，從而將InP薄膜轉移到異質襯底上。利用離子注入剝離方法得到的InP薄膜異質集成材料能夠很好地消除了由于晶格失配而產生的缺陷，克服異質外延生長所面臨的問題；此外，剝離后的InP襯底可以循環使用，降低了成本。

然而，目前已經報道的離子注入剝離的方法制備InP薄膜異質集成材料大部分是在特殊的溫度窗口條件下，如0℃以下低溫或者150℃以上高溫下單獨注入H或者單獨注入He來實現，控制注入溫度需要額外的能耗，工藝復雜，而且在高溫注入過程中樣品表面容易起泡，不利于后續的鍵合過程，此外，單獨注入H或者He剝離InP薄膜所需要注入離子臨界劑量也比較高，高劑量的離子注入會在轉移的薄膜中產生較厚的損傷層，對InP薄膜的晶體質量有很大的影響。

因此，急需發展一種室溫條件下低劑量離子注入剝離制備InP薄膜異質集成材料的技術。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種InP薄膜異質襯底的制備方法，用于解決現有技術中制備InP薄膜異質襯底時，需要低溫或高溫注入以及所需注入劑量高的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種InP薄膜異質襯底的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括：

S1：提供InP襯底，且所述InP襯底具有注入面；

S2：于所述注入面進行離子共注入，以在所述InP襯底的預設深度處形成缺陷層；

S3：提供異質襯底，將所述InP襯底與所述異質襯底進行鍵合，所述InP襯底的注入面為鍵合面；

S4：沿所述缺陷層剝離部分所述InP襯底，使所述InP襯底的一部分轉移至所述異質襯底上，以在所述異質襯底上形成InP薄膜，獲得InP薄膜異質襯底。

作為本發明的一種優選方案，步驟S2中，于所述注入面向所述InP襯底進行共注入的離子為H離子和He離子。

作為本發明的一種優選方案，于所述注入面向所述InP襯底進行離子共注入的順序為：

先注入He離子，再注入H離子；或者先注入H離子，再注入He離子；或者同時注入H離子和He離子。

作為本發明的一種優選方案，所述H離子的注入劑量為1E16cm^-2～1E17cm^-2，所述He離子的注入劑量為1E16cm^-2～1E17cm^-2。

作為本發明的一種優選方案，所述He離子的注入深度與所述H離子的注入深度相同或相近。

作為本發明的一種優選方案，步驟S2中，離子注入InP襯底中所形成的所述缺陷層的深度為10nm～10μm。

作為本發明的一種優選方案，步驟S2中，在所述離子注入過程中，所述InP襯底溫度保持在-100℃～100℃。

作為本發明的一種優選方案，步驟S3中，所述異質襯底為硅、二氧化硅、藍寶石、碳化硅、金剛石、氮化鎵、砷化鎵或者玻璃中的任意一種。