一种单片集成材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单片集成材料及其制备方法，该单片集成材料可以进一步缩小射频前端模块的体积，避免前端模块分立器件集成时引入寄生损耗、响应延迟和噪声等问题；该单片集成材料的制备方法简单高效，为射频前端模块单片集成奠定基础，采用该单片集成材料降低了射频前端模块的成本，与现有的各种离散封装相比，本发明专利技术提供了一种集成封装的新思路，该单片集成材料可广泛应用于传感器、滤波器、GaN开关中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
一种单片集成材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子元器件材料领域，具体涉及一种单片集成材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)和薄膜体声波谐振器(FBAR)是近年来随着现代无线通信技术的快速发展而出现的综合性能更加优越的射频器件。氮化镓高电子迁移率晶体管具有极高的品质因数Q值和可集成于IC芯片上的优点，并能与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容，更加有利于器件制备工艺的优化和多种器件的集成。
[0003]随着5G移动通信技术的普及以及移动数据流量的激增，大数据时代也正在推动通信终端市场的增长，人们对数据传输速率提出的更高要求使得射频前端模块功能更加多样复杂化。现有的射频前端模块是通过将多个分立的芯片组件组装在单个层压板或PC板上构建而成，这种方法的缺点是不同芯片要互联在一起，连接不同的芯片会导致电气连接损失以及增加的装配复杂性、尺寸和成本。
[0004]单片集成技术解决了射频前端模块是通过多个分立芯片组件组装而成的问题，因此被用于优化改进电子通信射频前端模块。但现有的单片集成技术存在射频前端模块集成度差、损耗高、成本高等技术问题，因此有必要开发一种新的单片集成材料以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种单片集成材料；本专利技术的目的之二在于提供这种单片集成材料的制备方法；本专利技术的目的之三在于提供这种单片集成材料的应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]本专利技术第一方面提供一种单片集成材料，所述单片集成材料包括：
[0008]衬底以及覆盖在所述衬底表面区域上的键合层；
[0009]形成于覆盖在所述键合层上的第一单晶层AlN；
[0010]形成于覆盖在所述第一单晶层AlN上的沟道层GaN；
[0011]形成于覆盖在所述沟道层GaN上的异质结；
[0012]其中，所述衬底的表面具有凹槽；所述凹槽位于所述衬底靠近所述第一单晶层AlN的表面上；所述单片集成材料还包括布拉格反射层，所述布拉格反射层嵌入在所述凹槽与所述第一单晶层AlN之间，且所述布拉格反射层贯通键合层。
[0013]优选的，所述键合层包括Au、Sn、Cr、Ti、Pt、Ni中的至少一种；进一步优选的，所述键合层包括Au、Sn中的至少一种。
[0014]优选的，所述布拉格反射层包括SiO2、AlN、W、GaN中的至少一种；进一步优选的，所述布拉格反射层为SiO2。
[0015]优选的，所述第一单晶层AlN的厚度为0.01μm
‑
10μm；进一步优选的，所述第一单晶层AlN的厚度为0.1μm
‑
5μm；再进一步优选的，所述第一单晶层AlN的厚度为0.5μm
‑
3μm。
[0016]优选的，所述沟道层GaN的厚度为0.5μm
‑
15μm；进一步优选的，所述沟道层GaN的厚度为1μm
‑
10μm。
[0017]优选的，所述异质结的厚度为2nm
‑
40nm；进一步优选的，所述异质结的厚度为3nm
‑
30nm；再进一步优选的，所述异质结的厚度为5nm
‑
20nm。
[0018]优选的，所述异质结包括AlN、AlGaN、InAlGaN、InAlN中的至少一种；进一步优选的，所述异质结包括AlN、AlGaN、InAlGaN中的至少一种。
[0019]优选的，所述衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、金刚石衬底、氧化锌衬底、LaAlO2衬底中的至少一种；进一步优选的，所述衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底中的至少一种；再进一步优选的，所述衬底为硅衬底。
[0020]本专利技术第二方面提供根据本专利技术第一方面所述单片集成材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]1)用金属有机物气相外延设备在第一衬底上依次外延生长基础层、应力过渡层、功能层，得到集成外延片；所述功能层依次包括层叠的第一单晶层AlN、沟道层GaN和异质结；
[0022]2)将集成外延片倒置，将集成外延片的功能层异质结与涂覆有键合胶的第二衬底键合，然后采用激光剥离技术将应力过渡层分解剥离第一衬底，得到剥离的外延材料；
[0023]3)将剥离的外延材料的应力过渡层进行刻蚀，刻蚀停止层为功能层，得到刻蚀后的外延材料；
[0024]4)在第三衬底上分别依次制备空腔结构、布拉格反射层和键合层；
[0025]5)将所述刻蚀后的外延材料倒置，与所述第三衬底的键合层键合，然后剥离第二衬底，得到所述的单片集成材料。
[0026]优选的，所述第一衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、金刚石衬底、氧化锌衬底、LaAlO2衬底中的至少一种；进一步优选的，所述第一衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底中的至少一种；再进一步优选的，所述第一衬底为硅衬底。
[0027]优选的，所述第二衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、金刚石衬底、氧化锌衬底、LaAlO2衬底中的至少一种；进一步优选的，所述第二衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底中的至少一种；再进一步优选的，所述第二衬底为硅衬底。
[0028]优选的，所述第三衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、金刚石衬底、氧化锌衬底、LaAlO2衬底中的至少一种；进一步优选的，所述第三衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底中的至少一种；再进一步优选的，所述第三衬底为硅衬底。
[0029]优选的，所述基础层为AlN。
[0030]优选的，所述应力过渡层包括AlGaN、AlN、GaN中的至少一种。
[0031]优选的，所述基础层的厚度为1nm
‑
300nm；进一步优选的，所述基础层的厚度为100nm
‑
300nm；再进一步优选的，所述基础层的厚度为150nm
‑
200nm。
[0032]优选的，所述应力过渡层的厚度为100nm
‑
17000nm；进一步优选的，所述应力过渡层的厚度为500nm
‑
8000nm；再进一步优选的，所述应力过渡层的厚度为1200nm
‑
3000nm。
[0033]优选的，所述有机物气相外延设备采用的气体包括三甲基铝、三乙基铝、三甲基
镓、三乙基镓、氨气、氢气、氮气中的至少一种。
[0034]优选的，所述刻蚀采用的气体包括氯气、三氯化硼中的至少一种。
[0035]优选的，所述刻蚀气体中，氯气与三氯化硼的摩尔比为(0.3
‑
100):1。
[0036]优选的，所述刻蚀的功率为100W
‑
300W。
[0037]优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单片集成材料，其特征在于：所述单片集成材料包括：衬底以及覆盖在所述衬底表面区域上的键合层；形成于覆盖在所述键合层上的第一单晶层AlN；形成于覆盖在所述第一单晶层AlN上的沟道层GaN；形成于覆盖在所述沟道层GaN上的异质结；其中，所述衬底的表面具有凹槽；所述凹槽位于所述衬底靠近所述第一单晶层AlN的表面上；所述单片集成材料还包括布拉格反射层，所述布拉格反射层嵌入在所述凹槽与所述第一单晶层AlN之间，且所述布拉格反射层贯通键合层。2.根据权利要求1所述的单片集成材料，其特征在于：所述键合层包括Au、Sn、Cr、Ti、Pt、Ni中的至少一种；所述布拉格反射层包括SiO2、AlN、W、GaN中的至少一种。3.根据权利要求2所述的单片集成材料，其特征在于：所述第一单晶层AlN的厚度为0.01μm
‑
10μm。4.根据权利要求1所述的单片集成材料，其特征在于：所述沟道层GaN的厚度为0.5μm
‑
15μm；所述异质结的厚度为2nm
‑
40nm。5.根据权利要求4所述的单片集成材料，其特征在于：所述异质结包括AlN、AlGaN、InAlGaN、InAlN中的至少一种。6.根据权利要求1所述的单片集成材料，其特征在于：所述衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、金刚石衬底、氧化锌衬底、LaAlO2衬底中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，邢志恒，衣新燕，吴能滔，罗添友，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：