专利名称：一种氢致解偶合的异质外延用柔性衬底的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种氢致解偶合的异质外延用柔性衬底结构。
背景技术：
在二十世纪九十年代里，氮化镓基蓝光材料的研究得到了迅速的发展，与之相应的蓝光器件也逐步走上了产业化道路。氮化镓基蓝光材料和器件的研究与开发一般采用蓝宝石衬底。但它在品质、尺寸及价格上都还不尽如人意。并且，日本人已经对蓝宝石生长氮化镓技术申请了专利保护。因此寻找高品质、低价格、大尺寸替代衬底成为了材料研究的热点。由于硅具有品质好、尺寸大和价格低的特色，而且在硅上制作的光电器件和外围电路还可望实现集成化，故而在多种替代衬底中硅更引人注目。由于晶格失配与热膨胀系数的差异，很难在硅衬底上外延高质量的氮化镓薄膜。柔性衬底技术是一种制备高质量异质外延层的重要方法。因此氢致解偶合柔性衬底将对氮化镓产业乃至整个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。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其是一种制作简便实用的柔性衬底，其可制备半导体大失配外延薄膜材料及相关器件和电路。
本发明一种氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其特征在于，其中包括一机械支撑衬底，对于整个结构起机械支撑作用；一层去耦合的中间层，通过氢离子或氢气注入形成，对整个结构起解偶合作用；一顶层结构，厚度低于1000纳米，与机械支撑衬底共同完成对外延层的支撑，与中间层共同对整个结构实现解偶合的作用。
其中机械支撑衬底是砷化镓、硅、锑化镓、磷化铟以及蓝宝石。
其中解偶合层由氢气、氢离子、氮气、氮离子以及氩气，氩离子、氦气、氦离子等惰性气体的注入形成，顶层结构是与机械支撑衬底相同或不同的材料。
其中机械支撑衬底与顶层结构的材料可以是单晶也可以是多晶形式。
其中机械支撑衬底上去偶合层可以采用离子注入的方式完成，顶层结构的制备是采用分子束外延、金属有机气相外延、溅射以及真空淀积等制备方式，失配外延生长可以在相同或不同的设备上进行。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如下，其中图1是柔性衬底的结构示意图。
图2a是氢致解偶合柔性衬底的截面透射电镜像图；图2b是生长在氢致解偶合柔性衬底上1微米的氮化镓以及衬底的截面透射电镜像图；图3是生长1μm GaN外延层后氢致解偶合柔性衬底(CS)与普通衬底(TS)的对比测试，ω-2θDCXRD扫描结果a以及微区喇曼谱b。
具体实施例方式
请参阅图1所示，本发明一种氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其中包括一机械支撑衬底1，对于整个结构起机械支撑作用，该机械支撑衬底1是砷化镓、硅、锑化镓、磷化铟以及蓝宝石；一层去耦合的中间层2，通过氢离子或氢气注入形成，对整个结构起解偶合作用，该解偶合层2由氢气、氢离子、氮气、氮离子以及氩气，氩离子、氦气、氦离子等惰性气体的注入形成，顶层结构3是与机械支撑衬底1相同或不同的材料；一顶层结构3，厚度低于1000纳米，与机械支撑衬底共同完成对外延层的支撑，与中间层共同对整个结构实现解偶合的作用。
其中机械支撑衬底1与顶层结构3的材料可以是单晶也可以是多晶形式；其中机械支撑衬底1上去偶合层2可以采用离子注入的方式完成，顶层结构3的制备是采用分子束外延、金属有机气相外延、溅射以及真空淀积等制备方式，失配外延生长可以在相同或不同的设备上进行。
本发明与现有技术相比所具有的有意义的效果氢致解偶合柔性衬底与普通衬底比，可以有效的在降低异质结构的失配应力，使得位错与缺陷大多产生在衬底而不是外延层内，在加上其特有的内吸除作用，可以生长出高质量的外延膜。
实现发明的最好方式1、实现发明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)以及离子注入设备；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、用离子注入系统产生氢致解偶合结构，用金属有机气相外延或分子束生长失配外延材料。
4、对于半导体薄膜制备系统的设备参数，视具体情况而定。
具体实施例
(1)以硅单晶材料为机械支撑衬底；(2)用离子注入设备制备氢致解偶合中间层结构；(3)用金属有机气相外延生长了1微米的顶层氮化镓单晶薄膜；(4)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测试，结果表明，与传统衬底比，氢致解偶合柔性衬底的衍射曲线发生了向小角度方向的不对称偏移。表明与传统衬底比，氢致解偶合柔性衬底已经发生了形变，这就大大降低了外延生长时作用在外延层上的失配应变，使外延层的质量提高；(5)氢致解偶合柔性衬底结构的截面透射电境的观察如图2所示。可以发现氢致缺陷带的引入，可以形成顶层硅与机械支撑衬底之间的解偶合。
(6)在这种氢致解偶合柔性衬底上生长的氮化镓外延层截面透射电境像如图3所示，在界面附近衬底一侧有许多微裂纹，这些小微裂纹的存在大大增强了衬底的柔性，可以释放应力防止位错缠结增殖。
权利要求
1.一种氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其特征在于，其中包括一机械支撑衬底，对于整个结构起机械支撑作用；一层去耦合的中间层，通过氢离子或氢气注入形成，对整个结构起解偶合作用；一顶层结构，厚度低于1000纳米，与机械支撑衬底共同完成对外延层的支撑，与中间层共同对整个结构实现解偶合的作用。
2.根据权利要求1所述的氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其特征在于，其中机械支撑衬底是砷化镓、硅、锑化镓、磷化铟以及蓝宝石。
3.根据权利要求1所述的氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其特征在于，其中解偶合层由氢气、氢离子、氮气、氮离子以及氩气，氩离子、氦气、氦离子等惰性气体的注入形成，顶层结构是与机械支撑衬底相同或不同的材料。
4.根据权利要求1所述的氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其特征在于，其中机械支撑衬底与顶层结构的材料可以是单晶也可以是多晶形式。
5.根据权利要求1所述的氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其特征在于，其中机械支撑衬底上去偶合层可以采用离子注入的方式完成，顶层结构的制备是采用分子束外延、金属有机气相外延、溅射以及真空淀积等制备方式，失配外延生长可以在相同或不同的设备上进行。
全文摘要
一种氢致解偶合的异质外延用柔性衬底，其中包括一机械支撑衬底，对于整个结构起机械支撑作用；一层去耦合的中间层，通过氢离子或氢气注入形成，对整个结构起解偶合作用；一顶层结构，厚度低于1000纳米，与机械支撑衬底共同完成对外延层的支撑，与中间层共同对整个结构实现解偶合的作用。
文档编号H01L21/00GK1591772SQ03155388
公开日2005年3月9日 申请日期2003年8月28日 优先权日2003年8月28日
发明者张志成, 杨少延, 黎大兵, 刘祥林, 陈涌海, 朱勤生, 王占国 申请人:中国科学院半导体研究所