AlGaInP%2fSi的键合研究.pdfVIP

第十曩■全曩代寺物牛●俸．■‘霸lI件和光，tIl件拳术●吨t AIGaInP／Si的键合研究 郭德博梁萌范曼宁刘志强王良臣王国宏 (中科院半导体所北京100083 Ertmil：guodeb0@渤ai．ae．en) 摘要：键合技术是大失配异质材料集成的一项新工艺，是近年来集成光电子领域的研究热点之一·本文以金锡(AuSn)合金作 为粘合介质，实现了AIGalnP／Si的异质键舍。在室温下键合样品的I-V特性表明AuSn合金对载流子通过界面没有不良影响，截 面的显微照片表明键合质量良好·反射谱测试表明键合合金层可以作为反射器，这一特征是AIGaIBP发光器件与Si集成的有利 ‘ 条件． 。 I-V特性：金锡合金 关键词。键命；AIGalnP； ． 1引言 自1936年，Lord Rayleigh【l】发表了关于玻璃室温键合的文章以来，键合技术得到了长 足的发展。与外延生长技术相比，晶片键合技术有着其独特的优点。键合技术可以分为直接 键合技术和介质键合技术。所谓直接键合就是不使用任何粘合剂，在一定的条件下，将两个 表面洁净平整的晶片通过表面的化学键相互联结起来。 直接键合虽然可以取得较高的键合强度，但是一般都需要高温退火，这必然会扩展杂质 界面、引入热应力、产生缺陷，使材料和器件性能退化；其次对于热失配大的材料，由于在 降温过程中产生的热应力太大，很难获得高质量的键合；另外，直接键合技术所要求的键合 条件极为苛刻——无论是对于晶片本身(晶片表面的平整度、粗糙度、表面化学吸附状态) 还是对于键合的环境等都有严格的要求。因此，为了充分发挥晶片键合的优势，研究人员又 发展了介质键合技术，所谓介质键合技术是指在键合的晶片中间引入一层粘附层，通过粘附 层将晶片键合到一起。键合介质的引入不仅降低了对键合条件要求，而且对于热失配较大的 材料也可以实现高质量的键合。Wong等人【2，3】以Pd．In为粘合介质实现了GaN／Si以及 GaN／GaAs的异质键合，然后用激光剥离的方法去掉蓝宝fi生长衬底，实现了衬底转换。 Mitsuru等人[4]同样研究了GaN／Si的键合，所不同的是采用的介质材料为AuGe合金。另外， 他们通过测试键合样品的反射谱发现键合样品对长波长光的反射率高于短波长光的反射率。 A1GaIllP材料体系可以实现从红光到绿光的可见光波段发光，是可见光波段光电子器件的 具有金属反射器的AIGalnP发光二极管，金属反射器的反射率测试表明反射器对波长在 600．900nm之间的光的反射率达到了90％以上，但是对于波长低于600rim的光波，其反射率 随着波长的缩短急剧下降。本文用AuSn合金作为介质材料实现了灿GablP／Si的异质键合，观 测了其截面形貌，并对键合样品的I．V特性和键合合金层的光反射谱进行了测试。 2实验 本实验所用的硅片为n型，(100)晶向。AIGalnP#[-延薄膜生长采用金属有机化合物气相 考虑至UAuSn共晶合金有较高的热导率(0．57W／cm·k)【9】。在实验过程中首先用有机溶剂清洗 晶片的表面油污，然后用化学方法去除表面氧化层，最后将Au和Sn按AuSn共晶合金的成分 分层蒸在硅片表面。键合在SB6e键合仪上进行，考虑到实验过程中的热量散失，退火温度 3结果与分析 3．1键合形貌 用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观测了键合样品的截面形貌。如图1所示为键合好的样 品照片。宏观上看，没有观察到任何的裂缝和脱落现象。图2为键合样品截面的光学显微照 片，从图中可以看glJAuSn键合介质均匀地分布于界面，说明键合质量良好。另外可以清楚 地看到Si和AuSn粘附层之间的界面十分清晰，这说明在键合过程中共晶合金没有扩散到抛 742 ，十_●●一佗●-阜■-．t毫-件和走l●件●木●试 光的Si基片中。这主要是由于：在沉积Al】／Sn复合层之前，首先在硅片上蒸了一层CtCr层 起到了阻碍AuSn合金熔体向硅片内扩散的作用。键合截面的SEM照片如图3所示。可以清楚 地看到