本发明专利技术提供一种用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，包括：提供单晶衬底，以所述单晶衬底的一表面为注入面，在所述单晶衬底内进行第一类型离子及第二类型离子的共注入，以在所述单晶衬底的预设深度形成缺陷层；提供支撑衬底，使所述单晶衬底的注入面与所述支撑衬底的表面紧密接触；沿所述缺陷层剥离部分所述单晶衬底，使所述单晶衬底的一部分转移到所述支撑衬底上，以在所述支撑衬底上形成薄层结构。本发明专利技术在单晶衬底内采用两种不同类型离子进行共注入，可以制备出单晶材料薄膜，有效地降低剥离及转移单晶材料薄膜层所需的离子总注入剂量，进而缩短了制备周期，节约了生产成本；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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于单晶材料制备
，特别涉及一种用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法。
技术介绍
单晶材料薄膜在减小器件体积，降低功耗以及扩展材料应用等方面具有广泛的用途。目前通过机械切割与研磨抛光的方法加工薄膜材料的方法，受到材料本身机械强度的限制，薄膜被限制在几十微米以上，无法达到一微米左右的厚度。利用物理或化学方法在支撑衬底上生长薄膜得到了广泛的应用，但这种方法极大地受到衬底材料的限制。生长的薄膜与衬底之间经常存在晶格失配与热膨胀系数失配，薄膜通常为多晶结构或非晶结构，严重的降低了材料的性能。离子注入剥离及键合工艺是一种转移薄层结构材料的方法。通过在单晶材料注入一定能量与剂量的H离子，在单晶材料一定的深度处定义一层缺陷层。将半导体材料的离子注入面与支撑衬底紧密结合，并通过一定的方法使单晶材料在缺陷层剥离，就可以形成单晶材料薄层结构转移到支撑衬底的结构。缺陷的深度由离子注入的能量确定，而能否形成剥离所需的缺陷密度由注入的剂量决定。这种技术已经用于制备绝缘体上硅(SOI)等材料结构，广泛应用于微电子电子、光电子领域。因为不同材料本身的性质，单一种类例子的注入并不能使材料发生剥离，或使材料发生剥离所需要的剂量非常大。例如，在磷化铟材料中注入H离子，剂量达到1E17仍不能发生剥离。在Applied Physics Express上发表的Layer-Transferred GaN Template by Ion Cut for Nitride-Based Light-Emitting Diodes中，证实形成GaN薄层结构需要的注入剂量为3.5E17ions-cm-2。过高的注入剂量意味着过长的生产周期与过大的生产成本，只有降低注入剂量才能实现产业化。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出了一种用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，用于解决现有技术中无法在支撑衬底上制备高质量单晶材料薄膜的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层
结构的方法，至少包括以下步骤：提供单晶衬底，以所述单晶衬底的一表面为注入面，在所述单晶衬底内进行第一类型离子及第二类型离子的共注入，以在所述单晶衬底的预设深度形成缺陷层；提供支撑衬底，使所述单晶衬底的注入面与所述支撑衬底的表面紧密接触；沿所述缺陷层剥离部分所述单晶衬底，使所述单晶衬底的一部分转移到所述支撑衬底上，以在所述支撑衬底上形成薄层结构。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述第一类型离子为H离子，所述第二类型离子为C离子、N离子、He离子、Ne离子、Ar离子及Xe离子中的一种或多种。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述第一类型离子的注入在所述第二类型离子的注入之前进行。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述第一类型离子的注入在所述第二类型离子的注入之后进行。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述第一类型离子及所述第二类型离子同时注入。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述支撑衬底的材料与所述单晶衬底的材料相同，均为单晶材料.作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述单晶衬底及所述第二单晶衬底的材料均为砷化镓，磷化铟，碳化硅，氮化镓，金刚石，铌酸锂，钽酸锂。作为本专利技术的用于制造质层衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述支撑衬底的材料为异质材料。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述支撑衬底的材料为硅、蓝宝石、碳化硅、氮化铝、锗、锗硅、金刚石或铜。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，所述单晶衬底键合于所述支撑衬底表面。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，在所述单晶衬底内，所述第一类型离子注入的深度与所述第二类型离子注入的深度相同或相近。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，在所述单晶衬底内执行第一类型离子及第二类型离子的共注入的过程中，所述单晶衬底的温度范围为室温至700℃；所述第一类型离子的注入能量为1KeV～3MeV，注入剂量为
1E15cm-2-5E17cm-2；所述第二类型离子的注入剂量为1E16cm-2-5E17cm-2。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，沿所述缺陷层剥离部分所述单晶衬底的具体方法为将形成有缺陷层的所述单晶衬底进行退火处理。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，退火工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，退火温度为300℃～1000℃，退火时间为1分钟～10小时。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，沿所述缺陷层剥离部分所述单晶衬底的具体方法还包括在将所述单晶衬底进行退火处理后，在所述缺陷层处施加横向机械力的步骤。作为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的一种优选方案，沿所述缺陷层剥离部分所述单晶衬底的具体方法还包括在将所述单晶衬底进行退火处理后，保持退火温度，在所述单晶衬底的表面沉积辅助材料层后快速冷却的步骤；其中，所述辅助材料层与所述单晶衬底具有不同的热膨胀系数。本专利技术的一种用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的有益效果为：在第一半导体衬底内采用两种不同类型离子进行共注入，一种离子用于形成缺陷，另一种离子用于将形成的缺陷扩大并结合，或用于生成形成缺陷的离子的捕获层，可以有效地降低剥离及转移单晶材料薄膜层所需的离子总注入剂量，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。附图说明图1显示为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法的流程图。图2显示为本专利技术的用于制造支撑衬底上的半导体材料薄层结构的方法中在所述单晶衬底内进行第一类型离子及第二类型离子的共注入，以在所述单晶衬底的预设深度形成缺陷层的结构示意图。图3显示为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法中提供支撑衬底，使所述单晶衬底的注入面与所述支撑衬底的表面紧密接触的结构示意图。图4显示为本专利技术的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法中沿所述缺陷层剥离部分所述单晶衬底，使所述单晶衬底的一部分转移到所述支撑衬底上，以在所述支撑衬底上形成薄层结构的结构示意图。元件标号说明1 单晶衬底11 注入面12 缺陷层13 薄膜结构层14 主体层15 薄层结构2 支撑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～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：提供单晶衬底，以所述单晶衬底的一表面为注入面，在所述单晶衬底内进行第一类型离子及第二类型离子的共注入，以在所述单晶衬底的预设深度形成缺陷层；提供支撑衬底，使所述单晶衬底的注入面与所述支撑衬底的表面紧密接触；沿所述缺陷层剥离部分所述单晶衬底，使所述单晶衬底的一部分转移到所述支撑衬底上，以在所述支撑衬底上形成薄层结构。
【技术特征摘要】
1.一种用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：提供单晶衬底，以所述单晶衬底的一表面为注入面，在所述单晶衬底内进行第一类型离子及第二类型离子的共注入，以在所述单晶衬底的预设深度形成缺陷层；提供支撑衬底，使所述单晶衬底的注入面与所述支撑衬底的表面紧密接触；沿所述缺陷层剥离部分所述单晶衬底，使所述单晶衬底的一部分转移到所述支撑衬底上，以在所述支撑衬底上形成薄层结构。2.根据权利要求1所述的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于：所述第一类型离子为H离子，所述第二类型离子为C离子、N离子、He离子、Ne离子、Ar离子及Xe离子中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于：所述第一类型离子的注入在所述第二类型离子的注入之前进行。4.根据权利要求1所述的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于：所述第一类型离子的注入在所述第二类型离子的注入之后进行。5.根据权利要求1所述的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于：所述第一类型离子及所述第二类型离子同时注入。6.根据权利要求1所述的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于：所述支撑衬底的材料与所述单晶衬底的材料相同，均为单晶材料。7.根据权利要求6所述的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于：所述单晶衬底及所述第二单晶衬底的材料均为砷化镓，磷化铟，碳化硅，氮化镓，金刚石，铌酸锂，钽酸锂。8.根据权利要求1所述的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于：所述支撑衬底的材料为异质材料。9.根据权利要求8所述的用于制造支撑衬底上的单晶材料薄层结构的方法，其特征在于：所述支撑衬底的材料为硅、蓝宝石、碳化硅、氮化...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧欣，黄凯，贾棋，游天桂，王曦，
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
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