一种InP薄膜复合衬底的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能性半导体材料制备技术领域，涉及一种InP薄膜复合衬底的制备方法，特别是涉及一种利用离子注入与键合技术制备具有高机械强度的InP薄膜复合衬底的方法。
【背景技术】
[0002]InP属于第二代半导体，具有电子迀移率高、击穿电场强等特点，被广泛用于高电子迀移率器件的制作。InP材料是直接带隙半导体，禁带宽度为1.34eV，其合金对应的发光波长非常适合光纤通讯，InP基的量子阱结构对太阳光具有很高的吸收效率。因此，InP材料在光通信与光伏产业也具有很广泛的应用范围。
[0003]InP基电子器件的制作过程为先在InP衬底材料上通过MBE或M0CVD等方法生长器件有源层，再在有源层上通过微电子加工工艺制作相应的器件。对于InP基的微波器件，通常在InP衬底上生长InAlAs/InGaAs等异质结构并制作高电子迀移率材料。对于光电子器件及光伏器件，通常在InP衬底上生长InxGai xAsYPi y等多层量子阱结构提高激光发射效率或光电转换效率等。同时，可以在InP基衬底上生长多节太阳能电池。
[0004]虽然，InP材料作为衬底材料具有很广泛的应用范围，但是，InP材料的机械性能很差，极为易碎，单片价格很高。所以通常使用的InP衬底的厚度较厚，并在器件制作过程中易碎，降低了 InP材料的利用效率并提高了 InP衬底的成本。此外，由于InP的机械强度低，导致InP衬底上制备的InP基微波器件、光电子器件及光伏器件在实际应用过程中受到了限制。
[0005]因此，提供一种新的InP衬底的制备方法是本领域技术人员需要解决的课题。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种InP薄膜复合衬底的制备方法，用于解决现有技术中InP衬底材料昂贵且InP材料机械强度不足导致在加工工艺及后续使用过程中易碎的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种InP薄膜复合衬底的制备方法，所述制备方法至少包括:
[0008]1)提供InP衬底，所述InP衬底具有注入面，从所述注入面进行离子注入，在所述InP衬底的预设深度处形成缺陷层；
[0009]2)提供支撑衬底，将所述注入面与所述支撑衬底键合；
[0010]3)从所述缺陷层处剥离，获得InP薄膜复合衬底。
[0011]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述步骤1)中，从所述注入面注入InP衬底的离子为Η离子或者He离子。
[0012]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述离子注入过程中，所述InP衬底温度保持在_50°C?300°C之间。
[0013]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述Η离子或者He离子的注入剂量为lE16cm2?lE18cm 2之间。
[0014]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述步骤1)中，离子注入InP衬底中形成缺陷层的深度范围为10nm至50 μπι。
[0015]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述步骤2)中，所述支撑衬底为硅、蓝宝石、碳化硅、金刚石、氮化镓、砷化镓或玻璃。
[0016]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述支撑衬底为晶体、多晶或非晶材料。
[0017]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述步骤2)中，键合的方法为直接键合、介质层键合、金属键合或阳极键合。
[0018]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述介质层键合为生长介质层键合、聚合物键合、熔融玻璃键合或旋涂玻璃键合。
[0019]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述步骤3)中，通过加热退火的方式使InP衬底材料从所述缺陷层剥离。
[0020]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，所述加热退火为直接高温退火或者低温-高温退火。
[0021]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，采用所述直接高温退火的温度范围为200°C?800°C，退火时间为10秒至24小时。
[0022]作为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的一种优化的方案，采用所述低温-高温退火方式为先进行低温预退火再进行高温后退火，其中，所述低温预退火的温度范围为室温至250°C，退火时间为1分钟至24小时；所述高温后退火的温度范围为200?800°C，退火时间为10秒至24小时
[0023]如上所述，本发明的InP薄膜复合衬底的制备方法，包括步骤:首先提供InP衬底，所述InP衬底具有注入面，从所述注入面进行离子注入，在所述InP衬底的预设深度处形成缺陷层；然后提供支撑衬底，将所述注入面与所述支撑衬底键合；最后从所述缺陷层处剥离，获得InP薄膜复合衬底。通过离子注入，可以调节获得的InP薄膜的厚度。本发明的制备方法通过键合技术将InP薄膜转移到具有高机械强度的衬底上，可以明显提高InP薄膜的机械强度，所形成的高机械强度InP薄膜在加工工艺与后续使用过程中不易碎裂。剥离剩余的InP材料还可以循环利用，提高InP材料的利用率，降低InP耗材成本。同时，由于InP的密度大于支撑衬底的密度，形成的复合衬底可以有效降低整个器件的重量，更适合作为衬底外延生长太阳能电池结构应于空间器件。
【附图说明】
[0024]图1为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法的工艺流程图。
[0025]图2为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法步骤1)中呈现的结构示意图。
[0026]图3为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法步骤2)中呈现的结构示意图。
[0027]图4为本发明InP薄膜复合衬底的制备方法步骤3)中呈现的结构示意图。
[0028]元件标号说明
[0029]1InP 衬底
[0030]11注入面
[0031]12InP 薄膜
[0032]13缺陷层
[0033]14InP衬底的余料
[0034]21支撑衬底
[0035]31InP薄膜复合衬底
【具体实施方式】
[0036]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0037]请参阅附图1?图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0038]本发明提供一种明InP薄膜复合衬底的制备方法，如图1所示，所述制备方法至少包括以下步骤:
[0039]S1，提供InP衬底，所述InP衬底具有注入面，从所述注入面进行离子注入，在所述InP衬底的预设深度处形成缺陷层；
[0040]S2，提供支撑衬底，将所述注入面与所述支撑衬底键合；
[0041]S3，从所述缺陷层处剥离，获得InP薄膜复合衬底。
[0042]下面结合具体附图来详细介绍本发明的InP薄膜复合衬底的制备方法。
[0043]首先执行步骤S1，请参阅附图2，提供InP衬底1，所述InP衬底1具有注入面11，从所述注入面11进行离子注入，在所述InP衬底1的预设深度处形成缺陷层13。
[0044]所述InP衬底1具有上、下两个相对的表面，其中，将上表面作为注入面11，进行离子注入，如图2所示。作为示例，所述InP衬底1可选用商业化的InP单晶晶圆。
[0045]对所述InP衬底1进行离子注入的离子种类可以为Η离子或者He离子，当然，也可以是其他合适的离子种类，在此不限。注入离子的能量与预计得到的InP薄膜12的厚度(即缺陷层13的深度)相对应，换句话说，注入的离子能量越大，形成缺陷层13就越深，后续剥离获得InP薄膜12的厚度也就越厚，反之则形成缺陷层13就越浅，后续剥离获得InP薄膜12的厚度也就越薄。本实施例中，所述Η离子或者He离子的注入剂量为lE