一种InP薄膜异质衬底的制备方法技术

本发明专利技术提供一种InP薄膜异质衬底的制备方法，至少包括：提供InP衬底，且所述InP衬底具有注入面；于所述注入面进行离子共注入，以在所述InP衬底的预设深度处形成缺陷层；提供异质衬底，将所述InP衬底与所述异质衬底进行键合，所述InP衬底的注入面为键合面；沿所述缺陷层剥离部分所述InP衬底，使所述InP衬底的一部分转移至所述异质衬底上，以在所述异质衬底上形成InP薄膜，获得InP薄膜异质衬底。通过上述方案，有效地降低剥离及转移InP薄膜所需的单一离子注入的剂量，同时避免了文献中所报道的采用零度以下低温注入的方法剥离InP材料，进而缩短了制备周期，节约了生产成本；不需要低温或高温注入，从而降低控制注入温度所需的额外能耗。

Method for preparing InP film heterogeneous substrate

The present invention provides a method, preparation of InP thin film with a heterogeneous substrate includes at least: InP substrate and the InP substrate is injected to the implanted surface; surface ion implantation, in the formation of defect layer of the InP substrate preset depth; provide the substrate and InP substrate the heterogeneous substrate bonding, into the surface of the InP substrate for bonding surface; the defect layer along the portion of the InP substrate, the substrate InP a part of the transfer to the substrate, to form a InP film on the substrate, InP thin film substrate. Through the scheme, effectively reduce the single ion transfer InP film peeling and the required injection dose, while avoiding the method reported by subzero injection stripping InP material, and then shorten the preparation cycle, saves the production cost; do not need low or high temperature injection, thereby reducing injection control the extra energy required temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种InP薄膜异质衬底的制备方法
本专利技术属于半导体制备
，特别涉及一种利用离子共注入制备InP薄膜异衬底的方法。
技术介绍
InP是一种III-V族化合物半导体，具有宽的禁带宽度，电子迁移率快，热导率高，抗辐射性好等优点。InP器件能够对高频率或短波长的信号实现放大，结合它的耐辐射性好，常被用于制造卫星信号接收器和放大器，宽的禁带宽度使得器件的稳定性很高，受到外界影响较小。在光电集成电路方面，InP是现在唯一可以支持一个光源的单片集成的半导体材料，InP是直接带隙半导体，可以制成光放大器、激光器和光探测器，除此之外，InP可以提供纳秒级的调制速度，还可以实现功率的分流和集合，以及被动式光波导和波长的多路复用，利用InP这些优点制成的光电集成电路在复杂的通信系统中有着优异的表现。随着半导体芯片的集成度越来越高，InP在异质衬底上的集成也显得尤为重要。目前，实现InP异质集成材料主要采用的是异质外延生长法，如MBE，MOCVD等方法。但是，异质外延生长的InP异质集成材料存在着反相畴、晶格失配和热膨胀系数差异等问题，使其相比于InP单晶体材料具有更大的缺陷密度，降低器件的工作性能与可靠性。另外，InP衬底价格十分昂贵，这导致InP材料无法大规模的使用。为了克服这些缺点，一种新的制备InP薄膜异质集成材料的方法应运而生—离子束剥离，即将一定能量的离子注入到InP衬底中，并在衬底的预定深度产生缺陷层，将离子注入后的衬底与异质衬底进行键合，最后在一定温度下退火后，将InP薄膜沿缺陷层从InP衬底剥离，从而将InP薄膜转移到异质衬底上。利用离子注入剥离方法得到的InP薄膜异质集成材料能够很好地消除了由于晶格失配而产生的缺陷，克服异质外延生长所面临的问题；此外，剥离后的InP衬底可以循环使用，降低了成本。然而，目前已经报道的离子注入剥离的方法制备InP薄膜异质集成材料大部分是在特殊的温度窗口条件下，如0℃以下低温或者150℃以上高温下单独注入H或者单独注入He来实现，控制注入温度需要额外的能耗，工艺复杂，而且在高温注入过程中样品表面容易起泡，不利于后续的键合过程，此外，单独注入H或者He剥离InP薄膜所需要注入离子临界剂量也比较高，高剂量的离子注入会在转移的薄膜中产生较厚的损伤层，对InP薄膜的晶体质量有很大的影响。因此，急需发展一种室温条件下低剂量离子注入剥离制备InP薄膜异质集成材料的技术。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种InP薄膜异质衬底的制备方法，用于解决现有技术中制备InP薄膜异质衬底时，需要低温或高温注入以及所需注入剂量高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种InP薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：S1：提供InP衬底，且所述InP衬底具有注入面；S2：于所述注入面进行离子共注入，以在所述InP衬底的预设深度处形成缺陷层；S3：提供异质衬底，将所述InP衬底与所述异质衬底进行键合，所述InP衬底的注入面为键合面；S4：沿所述缺陷层剥离部分所述InP衬底，使所述InP衬底的一部分转移至所述异质衬底上，以在所述异质衬底上形成InP薄膜，获得InP薄膜异质衬底。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S2中，于所述注入面向所述InP衬底进行共注入的离子为H离子和He离子。作为本专利技术的一种优选方案，于所述注入面向所述InP衬底进行离子共注入的顺序为：先注入He离子，再注入H离子；或者先注入H离子，再注入He离子；或者同时注入H离子和He离子。作为本专利技术的一种优选方案，所述H离子的注入剂量为1E16cm-2～1E17cm-2，所述He离子的注入剂量为1E16cm-2～1E17cm-2。作为本专利技术的一种优选方案，所述He离子的注入深度与所述H离子的注入深度相同或相近。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S2中，离子注入InP衬底中所形成的所述缺陷层的深度为10nm～10μm。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S2中，在所述离子注入过程中，所述InP衬底温度保持在-100℃～100℃。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S3中，所述异质衬底为硅、二氧化硅、蓝宝石、碳化硅、金刚石、氮化镓、砷化镓或者玻璃中的任意一种。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S3中，所述键合方法为直接键合、生长介质层(如SiO2等)键合、聚合物键合、旋涂玻璃键合中的任意一种。作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S3中，进行键合前至少还包括对经过离子注入的所述InP衬底进行退火的过程，其中，退火温度小于150℃。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S4中，通过将步骤S3得到的结构进行退火处理，以沿所述缺陷层剥离部分所述InP衬底，获得所述InP薄膜异质衬底。作为本专利技术的一种优选方案，所述退火处理为先于第一温度下进行退火，再于第二温度下进行退火，其中，所述第一温度低于所述第二温度。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一温度为50℃～200℃；所述第二温度为200℃～400℃。作为本专利技术的一种优选方案，于所述第一温度下进行退火的时间为1h～10h；于所述第二温度下进行退火的时间为1min～240min。如上所述，本专利技术的InP薄膜异质衬底的制备方法，具有如下有益效果：1)有效地降低剥离及转移InP薄膜所需的离子注入剂量，进而缩短了制备周期，节约了生产成本；同时，使用该方法还可以解决部分材料使用单一离子注入无法实现剥离的问题；2)降低离子注入过程中注入离子的临界剂量，缓解转移InP薄膜时产生的损伤，提高InP薄膜的质量。3)不需要低温或高温注入，从而降低控制注入温度所需的额外能耗，防止高温注入过程中样品表面的气泡形成，有利于后续键合。附图说明图1显示为本专利技术提供的InP薄膜异质衬底的制备方法的流程图。图2-图5显示为本专利技术提供的InP薄膜异质衬底的制备方法各步骤所对应的结构示意图。元件标号说明1InP衬底11注入面12缺陷层13InP薄膜14InP衬底余料2异质衬底3InP薄膜异质衬底具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。请参阅图1，本专利技术提供一种InP薄膜异质衬底的制备方法，所述制备方法至少包括：S1：提供InP衬底，且所述InP衬底具有注入面；S2：于所述注入面进行离子共注入，以在所述InP衬底的预设深度处形成缺陷层；S3：提供异质衬底，将所述InP衬底与所述异质衬底进行键合，所述InP衬底的注入面为键合面；S4：沿所述缺陷层剥离部分所述InP衬底，使所述InP衬底的一部分转移至所述异质衬底上，以在所述异质衬底上形成InP薄膜，获得InP薄膜异质衬底。下面结合具体附图详细介绍本专利技术的InP薄膜复合衬底的制备方法。请参阅图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种InP薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：S1：提供InP衬底，且所述InP衬底具有注入面；S2：于所述注入面进行离子共注入，以在所述InP衬底的预设深度处形成缺陷层；S3：提供异质衬底，将所述InP衬底与所述异质衬底进行键合，所述InP衬底的注入面为键合面；S4：沿所述缺陷层剥离部分所述InP衬底，使所述InP衬底的一部分转移至所述异质衬底上，以在所述异质衬底上形成InP薄膜，获得InP薄膜异质衬底。

【技术特征摘要】
1.一种InP薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：S1：提供InP衬底，且所述InP衬底具有注入面；S2：于所述注入面进行离子共注入，以在所述InP衬底的预设深度处形成缺陷层；S3：提供异质衬底，将所述InP衬底与所述异质衬底进行键合，所述InP衬底的注入面为键合面；S4：沿所述缺陷层剥离部分所述InP衬底，使所述InP衬底的一部分转移至所述异质衬底上，以在所述异质衬底上形成InP薄膜，获得InP薄膜异质衬底。2.根据权利要求1所述的InP薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤S2中，于所述注入面向所述InP衬底进行共注入的离子为H离子和He离子。3.根据权利要求2所述的InP薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，于所述注入面向所述InP衬底进行离子共注入的顺序为：先注入He离子，再注入H离子；或者先注入H离子，再注入He离子；或者同时注入H离子和He离子。4.根据权利要求2所述的InP薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述H离子的注入剂量为1E16cm-2～1E17cm-2，所述He离子的注入剂量为1E16cm-2～1E17cm-2。5.根据权利要求2～4中任一项所述的InP薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述He离子的注入深度与所述H离子的注入深度相同或相近。6.根据权利要求1所述的InP薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤S2中，离子注入InP衬底中所形成的所述缺陷层的深度为10nm～10μm。7.根据权利要求1所述的I...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧欣，林家杰，游天桂，黄凯，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31