一种提高Si/InGaAs键合界面热稳定性的键合方法

技术领域

本发明涉及一种降低Si基In

背景技术

在Si衬底上制造III-V族光电器件是实现光电集成电路(OEICs)的一种很有前途的方法。InGaAs材料为直接带隙半导体，在1550nm波段下的吸收系数高，是理想的吸收区材料。Si材料具有热导率低、温度特性良好、缺陷密度低等优势。因此，InGaAs与Si材料的集成也是近二十年科研工作者主要攻克的方向之一。然而，InGaAs、Si材料之间存在高的晶格失配及热失配，采用外延生长方式制备的Si基InGaAs薄膜的位错密度高达10

发明内容

本发明的目的在于针对高温退火过程中InGaAs、Si键合界面由于热失配而产生的气泡、裂纹等现象及升温时界面位错向InGaAs薄膜攀移的问题，提出一种提高Si/InGaAs键合界面热稳定性的键合方法，外延生长中间层作为键合应力释放缓冲层，有效地解决异质键合热稳定性较差的问题，实现高质量Si基InGaAs薄膜的制备。

本发明包括以下步骤：

1)InP衬底用丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗，以去除表面有机污染；

2)将步骤1)清洗后的InP衬底用稀释的HF溶液中浸泡并冲洗以去除表面氧化层；

3)将步骤2)清洗后的InP衬底采用MOCVD生长InGaAs材料；

4)将步骤3)外延生长后的InGaAs材料用丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗，以去除表面有机污染；

5)将步骤4)超声清洗后的InGaAs材料用稀释的HF溶液中浸泡并冲洗以去除表面氧化层；

6)将4°Si片先用H

7)将步骤6)冲洗后的4°Si片先用NH

8)将步骤7)冲洗后的4°Si片先用HCl、H

9)将步骤8)清洗后的4°Si片采用MOCVD生长In

10)将步骤9)生长后的Si/In

11)将步骤10)抛光后的Si/In

12)将步骤11)冲洗后的Si/In

13)将步骤12)贴合后的Si/In

14)将步骤13)退火后的Si/In

15)将步骤14)剥离的Si基InGaAs薄膜采用管式炉进行500℃@1h退火以提高键合界面的成键密度；

16)将步骤15)修复后的Si基InGaAs薄膜采用管式炉进行650℃的高温退火以验证键合界面的热稳定性。

本发明的优点在于：本发明创新性的提出一种大幅度降低Si基InGaAs薄膜热应力的键合方法，通过在Si衬底上外延生长In

附图说明

图1为本发明实施例所得Si基InGaAs薄膜的横截面SEM图。

图2为本发明实施例所得Si基In

图3为本发明实施例所得Si基InGaAs薄膜管式炉650℃退火30min前后的光学显微镜对比图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

本发明涉及一种降低Si基In

本发明实施例所用设备为金属有机物化学气相沉积(MOCVD)系统。所用的Si衬底材料晶向为(100)，切角微4°，杂质类型为N型，电阻率为5Ω·cm。所用的InP衬底材料晶向为(100)，杂质类型为N型，电阻率为0.05～0.05Ω·cm。

一、InP基InGaAs材料制备

1)将InP片用丙酮、乙醇和去离子水依次超声10min以去除表面有机物污染；

2)将清洗后的InP片用稀释的HF溶液中浸泡2min并冲洗以去除表面氧化层；

3)将冲洗后的InP片采用MOCVD生长InGaAs材料；

二、Si基外延缓冲层制备

1)将Si片先用H

2)将冲洗后的Si片先用NH

3)将冲洗后的Si片先用HCl︰H

4)将清洗后的Si片采用MOCVD生长In

5)将生长后的Si/In

6)将抛光后的Si/In

三、晶片贴合及薄膜剥离

1)将InGaAs材料和Si/In

2)将贴合后的Si/In

3)将退火后的Si/In

4)将剥离得到的Si基InGaAs薄膜采用管式炉进行500℃@1h退火以修复键合界面，完成Si基InGaAs薄膜制备。

对制备的Si基InGaAs薄膜采用管式炉650℃保温30min以验证键合界面的热稳定性。图3为管式炉退火前后的薄膜金相显微镜测试图，可以看出，键合界面出现少量气泡，说明此方法制备的Si基InGaAs薄膜在高温下的稳定性较高，外延缓冲层有效的缓解异质材料之间热失配产生的应力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。