制备低温超薄异质外延用柔性衬底的方法技术

本发明专利技术一种制备低温超薄异质外延用柔性衬底的方法，其中包括如下步骤：（１）选择一机械支撑衬底，该机械支撑衬底对于整个结构起机械支撑作用；（２）用分子束外延在机械支撑衬底上生长去耦合的中间层；（３）用分子束外延在去耦合的中间层上生长顶层结构。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，特别是指一种制备低温超薄异质外延用的柔性衬底的方法。
技术介绍
半导体材料是信息社会的基础，广泛的应用于电子信息及光通讯领域。随着器件及电路进一步向微型化发展，越来越需要把不同材料的器件集成到同一衬底上。由于晶格失配与热膨胀系数的差异，很难在异质材料衬底上外延高质量的薄膜。柔性衬底技术是一种制备高质量异质外延层的重要方法。因此低温超薄柔性衬底将对光电信息产业的发展产生深远的影响，具有巨大的经济与社会价值。迄今为止，已有大量的砷化镓及硅柔性衬底制备成功。但是现有的柔性衬底技术，键合工艺复杂，成本较高，可重复性差。低温超薄柔性衬底的制作工艺与现有半导体工业生产工艺相容，制作成本低，可重复性强。在分立器件和光电集成产业中必将得到广泛的应用，因此对其制备和研究具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，可以大大降低异质外延的成本，成品率高，可以生长出高质量的外延膜。本专利技术一种，其特征在于，其中包括如下步骤(1)选择一机械支撑衬底，该机械支撑衬底对于整个结构起机械支撑作用； (2)用分子束外延在机械支撑衬底上生长去耦合的中间层；(3)用分子束外延在去耦合的中间层上生长顶层结构。其中生长在机械支撑衬底上的去耦合的中间层的生长温度低于500摄氏度，厚度低于10纳米，中间层与机械支撑衬底之间晶格常数相近，共同对整个结构起解偶合作用。其中顶层结构的厚度低于10纳米，与机械支撑衬底共同完成对外延层的支撑，与中间层的晶格常数相近，共同对整个结构起二次解偶合的作用，顶层结构起吸收外延失配应变的作用。其中机械支撑衬底可以是砷化镓、硅、锑化镓、磷化铟以及蓝宝石等。其中中间层和顶层结构可以是铟镓砷、铟铝砷、镓铟砷磷、硅锗等与机械支撑衬底和顶层结构晶格常数相近的材料。其中顶层结构与中间层的材料可以是单晶也可以是多晶形式。其中衬底上中间层与顶层结构的生长制备可以采用分子束外延、金属有机气相外延、离子注入、溅射以及真空淀积等制备方式或失配外延方式生长。附图说明图1是本专利技术低温超薄柔性衬底的结构示意图；图2是本专利技术低温超薄柔性衬底与传统衬底的对比x射线(004)摇摆曲线图；图3是直接生长在低温超薄柔性衬底与传统衬底上400纳米铟镓砷的对比光致发光谱图。具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术一种，其中包括如下步骤选择一机械支撑衬底1，该机械支撑衬底1对于整个结构起机械支撑作用，该机械支撑衬底1可以是砷化镓、硅、锑化镓、磷化铟以及蓝宝石等； 用分子束外延在机械支撑衬底1生长去耦合的中间层2；其中生长在机械支撑衬底1上的去耦合的中间层2的生长温度低于500摄氏度，厚度低于10纳米，中间层2与机械支撑衬底1之间晶格常数相近，共同对整个结构起解偶合作用；用分子束外延在去耦合的中间层2上生长顶层结构3，该顶层结构3的厚度低于10纳米，与机械支撑衬底1共同完成对外延层的支撑，与中间层2的晶格常数相近，共同对整个结构起二次解偶合的作用；其中中间层2和顶层结构3可以是铟镓砷、铟铝砷、镓铟砷磷、硅锗等与机械支撑衬底1和顶层结构晶格常数相近的材料；该顶层结构3与中间层2的材料可以是单晶也可以是多晶形式；其中衬底1上中间层2与顶层结构3的生长制备可以采用分子束外延、金属有机气相外延、离子注入、溅射以及真空淀积等制备方式或失配外延方式生长。专利技术与
技术介绍
相比所具有的有意义的效果与其他柔性衬底技术相比，低温超薄柔性衬底成功的实现了与现有半导体工业生产工艺的相容，可以大大降低异质外延的成本，成品率高，可以生长出高质量的外延膜。实现专利技术的最好方式1.实现专利技术的主要设备半导体薄膜制备设备(如分子束外延系统和金属有机气相外延系统等)；机械真空泵+涡轮分子泵(或其它真空设备)；光刻腐蚀设备；半导体热处理设备。2.根据生长设备的具体情况，对生长技术路线进行适当调整。3.用分子束外延系统生长砷化镓/砷化铝/砷化镓结构，用金属有机气相外延生长失配外延材料。4.对于半导体薄膜制备系统的设备参数，视具体情况而定。实施例(1)以砷化镓单晶材料为机械支撑衬底；(2)用分子束外延生长中间层砷化铝结构；(3)用分子束外延生长顶层砷化镓单晶薄膜；(4)用分子束外延生长技术，在上述低温超薄柔性衬底上直接外延生长晶格失配高达1.8％的400纳米铟镓砷材料。(5)用x射线双晶衍射用X衍射仪的ω-2θ衍射模式对样品进行与传统衬底对比测试，结果表明，与传统衬底比，低温超薄柔性衬底的摇摆曲线的半高宽明显增大。样品沿(004)方向的ω-2θ衍射曲线如图2所示。可以看出与传统衬底比，柔性衬底的质量已经严重恶化，表明外延缺陷已经在衬底而不是在外延层生成；(6)室温下进行光致发光测试的结果如图3所示。可以发现生长在低温超薄柔性衬底上的外延层与生长在传统衬底上的外延层相比，发光强度增加，半高宽下降。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备低温超薄异质外延用柔性衬底的方法，其特征在于，其中包括如下步骤：（１）选择一机械支撑衬底，该机械支撑衬底对于整个结构起机械支撑作用；（２）用分子束外延在机械支撑衬底上生长去耦合的中间层；（３）用分子束外延在去耦合的中间层 上生长顶层结构。

【技术特征摘要】
1.一种制备低温超薄异质外延用柔性衬底的方法，其特征在于，其中包括如下步骤(1)选择一机械支撑衬底，该机械支撑衬底对于整个结构起机械支撑作用；(2)用分子束外延在机械支撑衬底上生长去耦合的中间层；(3)用分子束外延在去耦合的中间层上生长顶层结构。2.根据权利要求1所述的制备低温超薄异质外延用柔性衬底的方法，其特征在于，其中生长在机械支撑衬底上的去耦合的中间层的生长温度低于500摄氏度，厚度低于10纳米，中间层与机械支撑衬底之间晶格常数相近，共同对整个结构起解偶合作用。3.根据权利要求1所述的制备低温超薄异质外延用柔性衬底的方法，其特征在于，其中顶层结构的厚度低于10纳米，与机械支撑衬底共同完成对外延层的支撑，与中间层的晶格常数相近，共同对整个结构起二次解偶合的作用，顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志成，杨少延，黎大兵，陈涌海，朱勤生，王占国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]