论文摘要
硅和氮化镓是第一代和第三代半导体材料的典型代表。GaN具有优良的光电性质和优异的机械性能,被认为是制备短波长光电子器件的最佳材料之一。因为GaN缺少合适的衬底,所以硅基上的GaN是光电器件的一个重要研究方向。在Si基上外延生长GaN虽取得了很大的进展,但是硅与GaN之间的热失配容易引起GaN薄膜开裂。本文利用金属过渡层键合的方法,为硅基光电集成做准备工作:1.在分析总结硅片键合技术的基础上,研究低温下利用金属过渡层的硅硅键合,通过简化工艺,进行了慢降温退火的硅晶片键合;2.通过各种测试手段研究键合温度和不同金属过渡层对键合质量的影响并进行机理分析,拉伸强度测试结果表明,在414℃的键合温度下,键合强度达到了1.27MPa;I-V测试表明,Si/Ti/Au/Ti/Si键合界面基本为欧姆接触;X射线光电子能谱（XPS）测试结果进一步表明,界面主要为Si-Au共晶合金;3.在研究Si-Si键合的基础上,实现了以Ni/Au/Ti为过渡层的GaN-Si的键合,并利用波长为248nm的KrF准分子激光器对键合后的样品进行激光剥离,成功地将GaN材料从蓝宝石衬底转移到Si衬底;4.系统地研究不同键合温度和激光能量密度对GaN结构和光学特性的影响,AFM、XRD和PL测试表明:激光剥离后的GaN样品表面上下起伏,键合温度400℃的样品均方根粗糙度（RMS）约为50nm;键合温度和激光剥离的能量密度较低,转移衬底后GaN的质量较好;激光剥离的阈值能量密度为300mJ/cm2。本论文的主要创新点:1.利用金属过渡层Ti/Au,通过预键合及变温退火实现了Si/Si的低温键合。该法具有工艺简单,键合温度较低,键合强度大的特点。2.利用金属过渡层Ti/Au和Ni/Au键合Si和GaN,结合激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN转移到Si衬底上,各种测试结果表明利用金属过渡层的键合和激光剥离工艺没有对GaN薄膜的结构和光学特性带来明显的不利影响。