一种低应力散热层半导体衬底及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及新型衬底材料技术领域，提供了一种低应力散热层半导体衬底及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的低应力散热层半导体衬底由上至下依次为半导体衬底层、类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层。本发明专利技术在半导体衬底层和金刚石薄膜层中间添加类金刚石缓冲层，类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层构成低应力散热层，利用类金刚石缓冲层的缓冲作用，解决了半导体衬底和金刚石薄膜层之间由于不匹配的热膨胀系数引起的应力问题，类金刚石缓冲层有效降低了与半导体衬底间的应力；而且金刚石导电性能较差，本发明专利技术通过添加具有导电特性的类金刚石缓冲层，有效改善了金刚石导电性差导致的电极制备难度大的问题。

A low stress heat sink semiconductor substrate and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种低应力散热层半导体衬底及其制备方法和应用
本专利技术涉及新型衬底材料
，尤其涉及一种低应力散热层半导体衬底及其制备方法和应用。
技术介绍
光电子器件(photoelectrondevices)是利用电-光子转换效应制成的各种功能器件。光电子器件是光电子技术的关键和核心部件，光电子器件应用范围广泛，包括：光纤通信、光纤传感、半导体光电子仪器设备、半导体激光测距仪、发光管显示和照明、光盘存储等等。在光电子器件LED芯片制造过程中，衬底具有重要作用。为了制备得到高质量的光电子单晶材料，人们通常在较厚的半导体衬底上制备光电子器件结构，然而厚的衬底会降低光电子器件的散热性能。因此，如何有效地散发光电子器件产生的热量是亟待解决的问题。目前光电子器件的散热方式主要有热沉和水冷，用于制作热沉的材料一般为无氧铜、氧化铍、氮化铝、石英、银和金刚石。其中，金刚石是一种超宽禁带半导体材料，其禁带宽度和载流子迁移率较高；同时金刚石在室温下有极低的本征载流子浓度；而且金刚石还具有半导体材料中最高的热导率，使得其在光电子器件中具有较大的应用前景。然而，直接将金刚石沉积在半导体衬底上，由于金刚石和半导体衬底的热膨胀系数不匹配，容易出现应力问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种低应力散热层半导体衬底及其制备方法和应用。本专利技术提供的低应力散热层半导体衬底中类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层构成低应力散热层，类金刚石缓冲层有效降低了半导体衬底的应力。本专利技术提供了一种低应力散热层半导体衬底，所述低应力散热层半导体衬底由上至下依次为半导体衬底层、类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层；所述半导体衬底层的厚度为50μm～60μm；所述类金刚石缓冲层的厚度为4～7μm；所述金刚石薄膜层的厚度为28～32μm。优选的，所述半导体衬底层的材质包括GaSb、GaAs、InP、Si或InAs。本专利技术还提供了上述技术方案所述低应力散热层半导体衬底的制备方法，包括以下步骤：(1)采用射频等离子体增强化学气相沉积方法在半导体衬底背面沉积类金刚石缓冲层；(2)采用微波等离子体化学气相沉积方法在类金刚石缓冲层表面沉积金刚石薄膜层；(3)将半导体衬底层正面依次进行减薄和抛光，得到低应力散热层半导体衬底。优选的，所述射频等离子体增强化学气相沉积方法的碳源为C2H2，C2H2的流速为280～320sccm，功率为180～220W，沉积时间为20～90min。优选的，所述微波等离子体化学气相沉积方法的氢气流量为180～220sccm，甲烷流量为3～35sccm，微波功率为3000～4000W，气压为17～19KPa，衬底温度为1150～1200℃，沉积时间为5～7h。优选的，所述步骤(1)在沉积类金刚石缓冲层前，对半导体衬底的背面进行清洁处理，所述清洁处理包括以下步骤：在380～420V射频自偏压下，将半导体衬底放置在氩等离子体中，所述氩等离子体的流速为280～320sccm，所述半导体衬底在氩等离子体中的放置时间为8～12min。优选的，所述步骤(2)在沉积金刚石薄膜层前，对类金刚石缓冲层表面进行H2/O2微波等离子体预处理；所述H2/O2微波等离子体预处理的压力为65～75Torr，所述H2/O2微波等离子体预处理的功率为2200～2400W，所述H2/O2微波等离子体预处理的时间为100～140min。优选的，所述步骤(3)中减薄后半导体衬底层的厚度为62～67μm，抛光后半导体衬底层的厚度为50～60μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述低应力散热层半导体衬底或者上述技术方案所述方法制备得到的低应力散热层半导体衬底在光电子器件中的应用。本专利技术提供了一种低应力散热层半导体衬底，所述低应力散热层半导体衬底由上至下依次为半导体衬底层、类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层。本专利技术在半导体衬底层和金刚石薄膜层中间添加类金刚石缓冲层，类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层构成低应力散热层，利用类金刚石缓冲层的缓冲作用，解决了半导体衬底层和金刚石薄膜层之间由于不匹配的热膨胀系数引起的应力问题，类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层构成的复合结构具有低应力，类金刚石缓冲层有效降低了半导体衬底的应力；而且金刚石导电性能较差，本专利技术通过添加具有导电特性的类金刚石缓冲层，有效改善了金刚石导电性差导致的电极制备难度大的问题。附图说明图1为本专利技术低应力散热层半导体衬底的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种低应力散热层半导体衬底，所述低应力散热层半导体衬底由上至下依次为半导体衬底层、类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层。本专利技术提供的低应力散热层半导体衬底结构如图1所示，所述低应力散热层半导体衬底由上至下依次为半导体衬底层、类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层。在本专利技术中，所述半导体衬底层的材质优选包括GaSb、GaAs、InP、Si或InAs；所述半导体衬底层的厚度为50μm～60μm，优选为52μm～58μm。在本专利技术中，所述类金刚石缓冲层的厚度为4μm～7μm，优选为5μm～6μm；所述金刚石薄膜层的厚度为28μm～32μm，优选为30μm。本专利技术在半导体衬底层和金刚石薄膜层中间添加类金刚石缓冲层，类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层构成低应力散热层，利用类金刚石缓冲层的缓冲作用，解决了半导体衬底和金刚石薄膜层之间由于不匹配的热膨胀系数引起的应力问题，类金刚石缓冲层有效降低了半导体衬底的应力；而且金刚石导电性能较差，本专利技术通过添加具有导电特性的类金刚石缓冲层，有效改善了金刚石导电性差导致的电极性能差的问题。本专利技术提供了上述技术方案所述低应力散热层半导体衬底的制备方法，包括以下步骤：(1)采用射频等离子体增强化学气相沉积方法在半导体衬底背面沉积类金刚石缓冲层；(2)采用微波等离子体化学气相沉积方法在类金刚石缓冲层表面沉积金刚石薄膜层；(3)将半导体衬底层正面依次进行减薄和抛光，得到低应力散热层半导体衬底。本专利技术采用射频等离子体增强化学气相沉积方法在半导体衬底背面沉积类金刚石缓冲层。本专利技术优选在沉积类金刚石缓冲层前，对半导体衬底背面进行清洁处理，所述清洁处理优选包括以下步骤：在380～420V射频自偏压下，将半导体衬底放置在氩等离子体中，所述氩等离子体的流速优选为280～320sccm，更优选为300sccm，所述半导体衬底在氩等离子体中的放置时间优选为8～12min，更优选为10min。本专利技术在清洁处理过程中，所述射频自偏压优选为400V。本专利技术优选通过对半导体衬底进行等离子体清洁处理，以除去半导体衬底上的杂质。对半导体清洁处理完成后，本专利技术采用射频等离子体增强化学气相沉积方法在半导体衬底背面沉积类金刚石缓冲层。在本专利技术中，所述射频等离子体增强化学气相沉积方法的碳源优选为C2H2，所述C2H2的流速优选为280～320sccm，更优选为300sccm，射频功率优选为180～220W恒定射频功率，更优选为200W恒定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低应力散热层半导体衬底，其特征在于，所述低应力散热层半导体衬底由上至下依次为半导体衬底层、类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层；所述半导体衬底层的厚度为50μm～60μm；所述类金刚石缓冲层的厚度为4～7μm；所述金刚石薄膜层的厚度为28～32μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种低应力散热层半导体衬底，其特征在于，所述低应力散热层半导体衬底由上至下依次为半导体衬底层、类金刚石缓冲层和金刚石薄膜层；所述半导体衬底层的厚度为50μm～60μm；所述类金刚石缓冲层的厚度为4～7μm；所述金刚石薄膜层的厚度为28～32μm。


2.根据权利要求1所述的低应力散热层半导体衬底，其特征在于，所述半导体衬底层的材质包括GaSb、GaAs、InP、Si或InAs。


3.权利要求1或2所述低应力散热层半导体衬底的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用射频等离子体增强化学气相沉积方法在半导体衬底背面沉积类金刚石缓冲层；
(2)采用微波等离子体化学气相沉积方法在类金刚石缓冲层表面沉积金刚石薄膜层；
(3)将半导体衬底层正面依次进行减薄和抛光，得到低应力散热层半导体衬底。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述射频等离子体增强化学气相沉积方法的碳源为C2H2，C2H2的流速为280～320sccm，功率为180～220W，沉积时间为20～90min。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述微波等离子体化学气相沉积方法的氢气流量为180～220sccm，甲烷流量为3～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志鹏，郭德双，唐吉龙，王华涛，徐英添，范杰，郝永芹，王新伟，林逢源，王晓华，马晓辉，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22