[发明专利]一种钻石晶体的异质键合方法及异质结构

说明书

本发明涉及半导体技术领域，本发明公开了一种钻石晶体的异质键合方法及异质结构。本申请提供的该异质键合方法通过在钻石晶体表面引入键合介质层，继而可以采用亲水键合或者SAB键合等键合方法，绕过了钻石晶体不易抛光和键合的缺点，上述键合方法具有键合灵活以及键合强度高的优点。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种钻石晶体的异质键合方法及异质结构。

背景技术

钻石具有超宽的禁带(Eg≈5.5eV)，在室温下展现出非常高的电子迁移率和空穴迁移率、优于4H-SiC和GaN的击穿场强，因此，钻石作为半导体在电子器件领域是一种潜力巨大的材料，可适用于高频场效应管、高功率器件，具备代替传统高功率真空管的可能性；另外钻石2200Wm-1K-1的热导率几乎比其他材料高出一个数量级，更确立了其在高功率领域的应用，还适合用作高功率器件的衬底来实现高效散热；单晶钻石的化学性质相当稳定并且莫氏硬度为10，基于钻石制备的器件能应对各种极端环境。

除此之外，钻石还是一个优秀的光学平台，在可见光至红外波段的超宽区域具有高透射率，尤其在近红外波段突破了传统硅光子学的瓶颈；相对较高的折射率(2.38)能与传统波导包层形成有效折射率差，实现有效光波传输；不俗的非线性光学效应使其在参数振荡和拉曼激光方向上极具前途；杨氏模量为1220GPa，能提供很高的微谐振器机械共振频率，实现光共振模式与机械共振模式的高效耦合。

然而现有技术中，由于在异质衬底上外延的钻石缺陷多，限制了钻石晶体在电子学和光量子学领域的应用。

发明内容

本发明要解决的是上述现有技术中不能实现在异质衬底上制备出合格的钻石晶体的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请在一方面公开了一种钻石晶体的异质键合方法，其特征在于，包括以下步骤：

对钻石晶体进行清洁处理；

在清洁后的该钻石晶体的表面外延生长第一键合介质层，得到待键合钻石晶体结构；

提供一待键合衬底；

将该待键合钻石晶体和该待键合衬底进行键合，得到异质结构；该第一键合介质层与该待键合衬底键合连接。

可选的，该在清洁后的该钻石晶体的表面外延生长第一键合介质层，得到待键合钻石晶体结构之后，还包括：

对该待键合钻石晶体结构进行第一退火处理；

该第一退火处理的温度为300℃－800℃；

该第一退火处理的氛围包括真空、氩气或者氮气。

可选的，该清洁处理的方法为有机溶液清洗、RCA清洗和等离子体处理中的一种或者多种。

可选的，该在清洁后的该钻石晶体的表面外延生长第一键合介质层，得到待键合钻石晶体结构之后，还包括：

对该待键合钻石晶体结构进行表面处理；

该表面处理的方法包括化学机械抛光、低能粒子辐照、离子束掠入射抛光法或者反应离子束刻蚀。

可选的，该外延生长方法包括微波等离子体化学气相沉积法、热辅助化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法和溅射法；

该第一键合介质层的厚度为1纳米-5微米；

该第一键合介质层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝或者纳米硅。

可选的，该该待键合钻石晶体和该待键合衬底进行键合，得到异质结构之后，还包括：

对该异质结构进行第二退火处理。

可选的，该键合的方法包括表面活化(SAB)键合和亲水性键合；