[发明专利]一种硅基异质集成4H-SiC外延薄膜结构的制备方法

说明书

本发明涉及一种硅基异质集成4H‑SiC外延薄膜结构的制备方法，包括提供碳化硅单晶晶片，通过氢离子注入在碳化硅单晶晶片中形成注入缺陷层并提供碳化硅单晶薄膜；在碳化硅单晶晶片或碳化硅单晶薄膜上外延生长4H‑SiC单晶薄膜；将所述4H‑SiC单晶薄膜与一硅支撑衬底键合，得到包括碳化硅单晶晶片、4H‑SiC单晶薄膜和硅支撑衬底的复合结构；剥离，得到包括碳化硅单晶薄膜、4H‑SiC单晶薄膜和硅支撑衬底的复合结构；表面处理以除去碳化硅单晶薄膜，得到包括4H‑SiC单晶薄膜和硅支撑衬底的硅基异质集成4H‑SiC外延薄膜结构。本发明的制备方法得到的集成薄膜结构不存在结晶质量差的问题。

技术领域

本发明涉及信息功能材料的制备，更具体地涉及一种硅基异质集成4H-SiC外延薄膜结构的制备方法。

背景技术

SiC是一种宽禁带半导体材料，禁带宽度为2.3-3.4eV，在高温环境中仍然具有稳定的电学性能。SiC的努氏硬度达到2480kg/mm²，杨氏模量达到700GPa，具有出色的机械性能。此外，SiC材料化学性质稳定，可以工作在具有强腐蚀性的环境中，是高温，高压等严酷条件下微机电系统(MEMS)的器件的理想材料。

此外，考虑到SiC的光学特性，SiC是集成光学，非线性和光机械器件的理想材料。与其他材料相比，SiC结合了高折射率(n＝2.6)，宽禁带，高二阶和三阶非线性系数。高折射率实现了光学模式的高限制，在色散领域将带来更大的灵活性。宽带隙使得在大功率下的光吸收损失最小化，高二阶和三阶使得SiC在非线性光学应用中具有出色的性能。

SiC材料具有200多种晶型，其中应用最多的是3C-SiC，4H-SiC和6H-SiC。3C-SiC薄膜主要是利用常压化学气相沉积(APCVD)和减压化学气相沉积(RPCVD)的方法，在Si衬底表面沉积SiC薄膜。用这种方法制备的3C-SiC薄膜主要是多晶薄膜，晶体质量无法达到单晶。然而，由于4H-SiC，6H-SiC的生长温度大于硅的熔点温度，无法通过传统薄膜沉积异质外延的方法在硅衬底生长单晶SiC薄膜，因此，这造成了SiC薄膜在生长上的困难。而由于SiC自身的硬度大和耐腐蚀等特性，直接加工体材料又十分困难。另外，利用离子束剥离与键合的方法可以在Si衬底上转移单晶SiC，但是单晶薄膜是由SiC单晶晶圆剥离下来，而目前SiC单晶晶圆的内部微管和晶体缺陷不可避免，因此单晶薄膜质量受到晶圆质量制约。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的无法通过传统薄膜沉积异质外延的方法在硅衬底生长4H-SiC外延薄膜的问题，本发明旨在提供一种硅基异质集成4H-SiC外延薄膜结构的制备方法。

本发明提供一种硅基异质集成4H-SiC外延薄膜结构的制备方法，包括：提供碳化硅单晶晶片，通过氢离子注入在碳化硅单晶晶片中形成注入缺陷层并提供碳化硅单晶薄膜；在碳化硅单晶晶片或碳化硅单晶薄膜上外延生长4H-SiC单晶薄膜；将所述4H-SiC单晶薄膜与一硅支撑衬底键合，得到包括碳化硅单晶晶片、4H-SiC单晶薄膜和硅支撑衬底的复合结构；剥离，得到包括碳化硅单晶薄膜、4H-SiC单晶薄膜和硅支撑衬底的复合结构；表面处理以除去碳化硅单晶薄膜，得到包括4H-SiC单晶薄膜和硅支撑衬底的硅基异质集成4H-SiC外延薄膜结构。