CN107275186A - 一种柔性结构支撑衬底的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性结构支撑衬底的制备方法，该方法是将铁氟龙薄膜贴在需要粘结的外延片表面，利用铁氟龙薄膜的极度耐腐蚀性及热塑性，确定特定厚度的薄膜，在高温下进行处理，薄膜在高温下呈现微熔特性，高温处理完毕后再进行降温处理，又将重新转为固态，从而将薄膜与外延片进行粘接，在衬底剥离过程中起到支撑的作用。本发明方法简单易行，重复性优良。更重要的是，薄膜在保持对外延功能结构层进行支撑的情况下能保证柔韧性，满足柔性器件应用场合的需要。

Description

一种柔性结构支撑衬底的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其是指一种柔性结构支撑衬底的制备方法。
背景技术
柔性结构的器件自身重量轻，厚度薄，具有较高的可弯曲度，运输及携带均十分便利。对于III-V族化合物半导体器件来说，制成柔性结构的重要前提就是去除衬底。在信号传输、光通讯、电子信号处理占据重要地位的光电子器件，如半导体光探测器、半导体激光器、太阳能电池、异质结双极性晶体管、高电子迁移率晶体管等，很大一部分的成本也来自于生长所需的衬底，特别是针对磷化铟基，砷化镓基的器件。如若衬底能够回收利用，则成本将会很大程度的降低。更重要的是，去除衬底后的薄膜太阳能电池，薄膜半导体激光器等在功率重量比，散热特性等方面都将显著优于传统的器件。
而不论是早期去除衬底的机械研磨方法还是近些年来基于牺牲层工艺的剥离回收衬底技术，均需要在衬底去除前进行一定程度的支撑，否则，仅数微米厚的外延层材料会极易破碎。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种简单易操作的柔性结构支撑衬底的制备方法，该方法能对完整剥离下的外延结构进行支撑，且能得到完整的剥离下来的衬底。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种柔性结构支撑衬底的制备方法，该方法是将铁氟龙(Teflon)薄膜贴在需粘结的外延片表面，利用铁氟龙薄膜的极度耐腐蚀性及热塑性，确定特定厚度的薄膜，在高温下进行处理，薄膜在高温下呈现微熔特性，高温处理完毕后再进行降温处理，又将重新转为固态，从而将薄膜与外延片进行粘接，在衬底剥离过程中起到支撑的作用；其包括以下步骤：
1)将生长完毕的外延片进行有机清洗及表面氧化物清洗，以提高金属层在外延片表面的粘合力，其中所述外延片包括从下至上依次层叠设置的衬底、AlAs牺牲层、器件功能结构层；
2)将清洗完毕的外延片移至电子束蒸发设备，采用电子束蒸发的方式进行金属蒸镀，蒸镀完毕进行快速热退火，使之形成欧姆接触；
3)将铁氟龙薄膜贴至已进行金属制备的外延片表面；
4)将贴好的外延片放至退火炉进行高温处理；
5)冷却后得到粘接完好的外延片，此时可进行后续衬底剥离过程，粘接完好的薄膜将对剥离下的柔性结构提供良好的支撑。
在步骤1)中，进行的有机清洗及表面氧化物清洗依次包括：丙酮超声清洗5-7分钟；异丙醇超声清洗5-7分钟；稀释的盐酸溶液50秒至70秒，稀释配比为HCl：H2O＝1：1；BOE溶液50秒至70秒。
在步骤1)中，所述AlAs牺牲层厚度为5‐15nm。
在步骤1)中，所述金属层中的金属选择有金粒、金锗镍粒、银粒、铂金粒，依据生长的外延层接触层种类和掺杂类型而定。
在步骤2)中，蒸镀时，真空度控制在1E‐7Torr之上，蒸镀速率设定在2.5埃每秒至3.5埃每秒，蒸镀厚度为3微米至5微米。
在步骤3)中，所述铁氟龙薄膜的厚度为50微米，圆形，直径比待剥离的外延片直径大3厘米。
在步骤4)中，所述高温温度为340度，且通以氮气气氛，流量2L/min，高温处理时间为2分钟。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
铁氟龙薄膜具有极强的耐腐蚀性，对工艺加工过程中所用到的化学溶液几乎都不起反应，工艺容忍度极好。另外，薄膜由于具有热塑性，在高温处理下出现微熔，在加工完毕降温处理后，又将重新转为固态，将薄膜与外延片进行粘接。此方法简单易行，重复性优良。更重要的是，薄膜在保持对外延功能结构层进行支撑的情况下能保证柔韧性，满足柔性器件应用场合的需要。
附图说明
图1为实施例中所述支撑衬底制备后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例所提供的柔性结构支撑衬底的制备方法，主要是利用铁氟龙(Teflon)薄膜的极度耐腐蚀性及热塑性，确定特定厚度的薄膜，在高温下进行处理，薄膜在高温下呈现微熔特性，在高温处理完毕后进行降温处理，又将重新转为固态，从而将薄膜与外延片进行粘接，在衬底剥离过程中起到支撑的作用；其具体包括以下步骤：
1)将生长完毕的外延片进行有机清洗及表面氧化物清洗，以提高金属层在外延片表面的粘合力；其中，所述外延片包括从下至上依次层叠设置的衬底、AlAs牺牲层、器件功能结构层，所述AlAs牺牲层厚度为5-15nm，所述金属层中的金属选择有金粒、金锗镍粒，银粒，铂金粒等，依据生长的外延层接触层种类和掺杂类型而定；进行的有机清洗及表面氧化物清洗依次包括：丙酮超声清洗5-7分钟，优选时间6分钟；异丙醇超声清洗5-7分钟，优选时间6分钟；稀释的盐酸溶液50秒至70秒，优选时间60秒，稀释配比为HCl：H2O＝1：1；BOE溶液50秒至70秒，优选时间60秒。
2)将清洗完毕的外延片移至电子束蒸发设备，采用电子束蒸发的方式进行金属蒸镀，蒸镀完毕进行快速热退火，使之形成欧姆接触；蒸镀时，真空度控制在1E-7Torr之上，蒸镀速率设定在2.5埃每秒至3.5埃每秒，优选速率设定在3埃每秒；蒸发采用间隙式阶段加热方式，加热温度为145度至155度，优选温度为150度；温度加热开启时间在熔料完毕达到真空度要求时，加热时间持续30分钟；蒸镀厚度为3微米至5微米，优选厚度4微米。
3)将铁氟龙薄膜贴至已进行金属制备的外延片表面；其中，所述铁氟龙薄膜的厚度为50微米，形状为圆形，直径比待剥离的外延片直径大3厘米。
4)将贴好的外延片放至退火炉进行高温处理，高温温度为340度，且通以氮气气氛，流量2L/min，高温处理时间为2分钟。
5)冷却后得到粘接完好的外延片，此时可进行后续衬底剥离过程，粘接完好的薄膜将对剥离下的柔性结构提供良好的支撑，制得的支撑衬底结构请参见图1所示。
备注：半导体条形激光器，垂直腔面发射激光器，异质结双极性晶体管，高电子迁移率晶体管，倒装结构太阳能电池，柔性太阳能电池等光电子器件的柔性结构支撑均可采用本方法实现。
综上所述，在采用以上方案后，通过本发明方法能实现柔性结构支撑衬底的制备，简单易行，重复性优良。更重要的是，薄膜在保持对外延功能结构层进行支撑的情况下能保证柔韧性，满足柔性器件应用场合的需要。去除衬底后的薄膜太阳能电池、薄膜半导体激光器等光电子器件在功率重量比、散热特性等方面都明显优于传统的器件，值得推广。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种柔性结构支撑衬底的制备方法，其特征在于：该方法是将铁氟龙薄膜贴在需要粘结的外延片表面，利用铁氟龙薄膜的极度耐腐蚀性及热塑性，确定特定厚度的薄膜，在高温下进行处理，薄膜在高温下呈现微熔特性，高温处理完毕后再进行降温处理，又将重新转为固态，从而将薄膜与外延片进行粘接，在衬底剥离过程中起到支撑的作用；其包括以下步骤：
1)将生长完毕的外延片进行有机清洗及表面氧化物清洗，以提高金属层在外延片表面的粘合力，其中，所述外延片包括从下至上依次层叠设置的衬底、AlAs牺牲层、器件功能结构层；
2)将清洗完毕的外延片移至电子束蒸发设备，采用电子束蒸发的方式进行金属蒸镀，蒸镀完毕进行快速热退火，使之形成欧姆接触；
3)将铁氟龙薄膜贴至已进行金属制备的外延片表面；
4)将贴好的外延片放至退火炉进行高温处理；
5)冷却后得到粘接完好的外延片，此时能够进行后续衬底剥离过程，粘接完好的薄膜将对剥离下的柔性结构提供良好的支撑。
2.根据权利要求1所述的一种柔性结构支撑衬底的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，进行的有机清洗及表面氧化物清洗依次包括：丙酮超声清洗5-7分钟；异丙醇超声清洗5-7分钟；稀释的盐酸溶液50秒至70秒，稀释配比为HCl：H2O＝1：1；BOE溶液50秒至70秒。
3.根据权利要求1所述的一种柔性结构支撑衬底的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，所述AlAs牺牲层厚度为5-15nm。
4.根据权利要求1所述的一种柔性结构支撑衬底的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，所述金属层中的金属选择有金粒、金锗镍粒、银粒、铂金粒，依据生长的外延层接触层种类和掺杂类型而定。
5.根据权利要求1所述的一种柔性结构支撑衬底的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，蒸镀时，真空度控制在1E-7Torr之上，蒸镀速率设定在2.5埃每秒至3.5埃每秒，蒸镀厚度为3微米至5微米。
6.根据权利要求1所述的一种柔性结构支撑衬底的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，所述铁氟龙薄膜的厚度为50微米，形状为圆形，直径比待剥离的外延片直径大3厘米。
7.根据权利要求1所述的一种柔性结构支撑衬底的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，高温处理温度为340度，且通以氮气气氛，流量2L/min，高温处理时间为2分钟。
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