專利名稱：一種氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在二十世紀(jì)九十年代里，氮化鎵基藍(lán)光材料的研究得到了迅速的發(fā)展，與之相應(yīng)的藍(lán)光器件也逐步走上了產(chǎn)業(yè)化道路。氮化鎵基藍(lán)光材料和器件的研究與開發(fā)一般采用藍(lán)寶石襯底。但它在品質(zhì)、尺寸及價格上都還不盡如人意。并且，日本人已經(jīng)對藍(lán)寶石生長氮化鎵技術(shù)申請了專利保護(hù)。因此尋找高品質(zhì)、低價格、大尺寸替代襯底成為了材料研究的熱點。由于硅具有品質(zhì)好、尺寸大和價格低的特色，而且在硅上制作的光電器件和外圍電路還可望實現(xiàn)集成化，故而在多種替代襯底中硅更引人注目。由于晶格失配與熱膨脹系數(shù)的差異，很難在硅襯底上外延高質(zhì)量的氮化鎵薄膜。柔性襯底技術(shù)是一種制備高質(zhì)量異質(zhì)外延層的重要方法。因此氫致解偶合柔性襯底將對氮化鎵產(chǎn)業(yè)乃至整個光電信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，具有巨大的經(jīng)濟與社會價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其是一種制作簡便實用的柔性襯底，其可制備半導(dǎo)體大失配外延薄膜材料及相關(guān)器件和電路。
本發(fā)明一種氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其特征在于，其中包括一機械支撐襯底，對于整個結(jié)構(gòu)起機械支撐作用；一層去耦合的中間層，通過氫離子或氫氣注入形成，對整個結(jié)構(gòu)起解偶合作用；一頂層結(jié)構(gòu)，厚度低于1000納米，與機械支撐襯底共同完成對外延層的支撐，與中間層共同對整個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)解偶合的作用。
其中機械支撐襯底是砷化鎵、硅、銻化鎵、磷化銦以及藍(lán)寶石。
其中解偶合層由氫氣、氫離子、氮氣、氮離子以及氬氣，氬離子、氦氣、氦離子等惰性氣體的注入形成，頂層結(jié)構(gòu)是與機械支撐襯底相同或不同的材料。
其中機械支撐襯底與頂層結(jié)構(gòu)的材料可以是單晶也可以是多晶形式。
其中機械支撐襯底上去偶合層可以采用離子注入的方式完成，頂層結(jié)構(gòu)的制備是采用分子束外延、金屬有機氣相外延、濺射以及真空淀積等制備方式，失配外延生長可以在相同或不同的設(shè)備上進(jìn)行。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細(xì)說明如下，其中圖1是柔性襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2a是氫致解偶合柔性襯底的截面透射電鏡像圖；圖2b是生長在氫致解偶合柔性襯底上1微米的氮化鎵以及襯底的截面透射電鏡像圖；圖3是生長1μm GaN外延層后氫致解偶合柔性襯底(CS)與普通襯底(TS)的對比測試，ω-2θDCXRD掃描結(jié)果a以及微區(qū)喇曼譜b。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明一種氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其中包括一機械支撐襯底1，對于整個結(jié)構(gòu)起機械支撐作用，該機械支撐襯底1是砷化鎵、硅、銻化鎵、磷化銦以及藍(lán)寶石；一層去耦合的中間層2，通過氫離子或氫氣注入形成，對整個結(jié)構(gòu)起解偶合作用，該解偶合層2由氫氣、氫離子、氮氣、氮離子以及氬氣，氬離子、氦氣、氦離子等惰性氣體的注入形成，頂層結(jié)構(gòu)3是與機械支撐襯底1相同或不同的材料；一頂層結(jié)構(gòu)3，厚度低于1000納米，與機械支撐襯底共同完成對外延層的支撐，與中間層共同對整個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)解偶合的作用。
其中機械支撐襯底1與頂層結(jié)構(gòu)3的材料可以是單晶也可以是多晶形式；其中機械支撐襯底1上去偶合層2可以采用離子注入的方式完成，頂層結(jié)構(gòu)3的制備是采用分子束外延、金屬有機氣相外延、濺射以及真空淀積等制備方式，失配外延生長可以在相同或不同的設(shè)備上進(jìn)行。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有意義的效果氫致解偶合柔性襯底與普通襯底比，可以有效的在降低異質(zhì)結(jié)構(gòu)的失配應(yīng)力，使得位錯與缺陷大多產(chǎn)生在襯底而不是外延層內(nèi)，在加上其特有的內(nèi)吸除作用，可以生長出高質(zhì)量的外延膜。
實現(xiàn)發(fā)明的最好方式1、實現(xiàn)發(fā)明的主要設(shè)備半導(dǎo)體薄膜制備設(shè)備(如分子束外延系統(tǒng)和金屬有機氣相外延系統(tǒng)等)以及離子注入設(shè)備；機械真空泵+渦輪分子泵(或其它真空設(shè)備)；光刻腐蝕設(shè)備；半導(dǎo)體熱處理設(shè)備；2、根據(jù)生長設(shè)備的具體情況，對生長技術(shù)路線進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
3、用離子注入系統(tǒng)產(chǎn)生氫致解偶合結(jié)構(gòu)，用金屬有機氣相外延或分子束生長失配外延材料。
4、對于半導(dǎo)體薄膜制備系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)，視具體情況而定。
具體實施例
(1)以硅單晶材料為機械支撐襯底；(2)用離子注入設(shè)備制備氫致解偶合中間層結(jié)構(gòu)；(3)用金屬有機氣相外延生長了1微米的頂層氮化鎵單晶薄膜；(4)用x射線雙晶衍射用X衍射儀的ω-2θ衍射模式對樣品進(jìn)行測試，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)襯底比，氫致解偶合柔性襯底的衍射曲線發(fā)生了向小角度方向的不對稱偏移。表明與傳統(tǒng)襯底比，氫致解偶合柔性襯底已經(jīng)發(fā)生了形變，這就大大降低了外延生長時作用在外延層上的失配應(yīng)變，使外延層的質(zhì)量提高；(5)氫致解偶合柔性襯底結(jié)構(gòu)的截面透射電境的觀察如圖2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)氫致缺陷帶的引入，可以形成頂層硅與機械支撐襯底之間的解偶合。
(6)在這種氫致解偶合柔性襯底上生長的氮化鎵外延層截面透射電境像如圖3所示，在界面附近襯底一側(cè)有許多微裂紋，這些小微裂紋的存在大大增強了襯底的柔性，可以釋放應(yīng)力防止位錯纏結(jié)增殖。
權(quán)利要求
1.一種氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其特征在于，其中包括一機械支撐襯底，對于整個結(jié)構(gòu)起機械支撐作用；一層去耦合的中間層，通過氫離子或氫氣注入形成，對整個結(jié)構(gòu)起解偶合作用；一頂層結(jié)構(gòu)，厚度低于1000納米，與機械支撐襯底共同完成對外延層的支撐，與中間層共同對整個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)解偶合的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其特征在于，其中機械支撐襯底是砷化鎵、硅、銻化鎵、磷化銦以及藍(lán)寶石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其特征在于，其中解偶合層由氫氣、氫離子、氮氣、氮離子以及氬氣，氬離子、氦氣、氦離子等惰性氣體的注入形成，頂層結(jié)構(gòu)是與機械支撐襯底相同或不同的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其特征在于，其中機械支撐襯底與頂層結(jié)構(gòu)的材料可以是單晶也可以是多晶形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其特征在于，其中機械支撐襯底上去偶合層可以采用離子注入的方式完成，頂層結(jié)構(gòu)的制備是采用分子束外延、金屬有機氣相外延、濺射以及真空淀積等制備方式，失配外延生長可以在相同或不同的設(shè)備上進(jìn)行。
全文摘要
一種氫致解偶合的異質(zhì)外延用柔性襯底，其中包括一機械支撐襯底，對于整個結(jié)構(gòu)起機械支撐作用；一層去耦合的中間層，通過氫離子或氫氣注入形成，對整個結(jié)構(gòu)起解偶合作用；一頂層結(jié)構(gòu)，厚度低于1000納米，與機械支撐襯底共同完成對外延層的支撐，與中間層共同對整個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)解偶合的作用。
文檔編號H01L21/00GK1591772SQ03155388
公開日2005年3月9日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者張志成, 楊少延, 黎大兵, 劉祥林, 陳涌海, 朱勤生, 王占國 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所