研究目的
展示在通用硅衬底上实现硅CMOS与III-V族化合物半导体的单片集成，以打造功能更强、能效更高、体积更小的新一代系统。
研究成果
在通用硅衬底上成功实现了硅CMOS与III-V族化合物半导体的单片集成。通过用新鲜硅(001)衬底替代硅(111)衬底，可解决硅(111)晶圆上GaN LED/HEMT的易碎性问题。该集成技术能实现具有更优速度与功耗性能的新型电路与应用。
研究不足
硅（111）晶圆上GaN LED/HEMT的脆性问题需要额外的晶圆键合步骤来替换衬底，这增加了工艺的复杂性。由于颗粒问题，在多次键合步骤后观察到一些未键合区域。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用晶圆键合技术将III-V族半导体与硅CMOS集成于同一平台。
2：样品选择与数据来源：
制备了多组晶圆，包括Si(001)晶圆、SOI衬底上的硅CMOS、GaAs/Ge/Si(001)晶圆上的InGaP LED或InGaAs HEMT或GaAs HBT器件层，以及Si(111)晶圆上的GaN LED或HEMT。
3：实验设备与材料清单：
设备包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、化学机械抛光(CMP)和透射电子显微镜(TEM)。材料包括硅晶圆、SOI衬底及多种III-V族化合物半导体。
4：实验步骤与操作流程：
工艺包含将硅CMOS层临时键合至硅承载晶圆、将III-V/Si衬底键合至含硅CMOS的承载晶圆，以及释放承载晶圆。对于硅衬底上的GaN LED或HEMT需额外步骤。
5：数据分析方法：
通过红外(IR)相机验证键合质量，并利用TEM观察键合界面。
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Si (001) wafers
Used as substrates for the integration of Si-CMOS and III-V compound semiconductors.
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SOI substrate
Used for processing Si-CMOS by Si foundries.
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MOCVD equipment
Used for growing InGaP LED or InGaAs HEMT or GaAs HBT epitaxial films on Si (001) wafer and GaN LED and HEMT epilayer on Si (111) substrate.
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PECVD
Used for depositing oxide and nitride layers.
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CMP
Used for planarizing the oxide surface.
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TEM
Used to examine the bonding interfaces.
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IR camera
Used to verify the bonding quality of the bonded wafer pair.
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