[發明專利]半導體器件及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201410553114.9
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN105576012A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 賈海強;陳弘
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/20;H01L21/316;H01L21/32
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武;沈祖鋒

【技術領域】

本發明涉及半導體材料技術領域，尤其涉及一種半導體器件及其制備方法 和應用。

【背景技術】

微電子信息處理的速度迅速發展，在硅材料上發展起來的集成電路已成為 發展電子計算機、通信和自動控制等信息技術的關鍵。隨著信息技術的日益發 展，對信息的傳遞速度、儲存能力、處理功能提出更高要求，但Si集成電路受 到Si中電子運動速度的限制，其器件尺寸已逐步趨向極限。如果能在硅芯片中 引入光電子技術，用光波代替電子作為信息載體，則可大大地提高信息傳輸速 度和處理能力，使電子計算機、通信和顯示等信息技術發展到一個全新的階段。 所以要有所突破，實現光電集成是必由之路。

從集成電路的光電集成的發展和研究歷史來看，嘗試了幾個不同的光電集 成的研究路線，如70年代興起的GaAs基微電子和光電子的的集成研究，經過 二十幾年的努力，由于GaAs基微電子器件的鈍化和成本問題，宣布GaAs基的 光電集成失敗；80年代初，轟轟烈烈的Si上生長GaAs材料試圖解決光電器件 和Si大規模集成電路集成的瓶頸。然而由于GaAs和Si的固有晶格失配與熱失 配問題，使得GaAs激光器中的位錯急劇增加，導致激光器壽命較短、整個電路 失效的尷尬；在硅片上實現Si基光電集成，但由于硅具有間接帶隙，這種間接 躍遷的幾率非常小，使硅的發光效率很低，多年來，為了克服硅材料發光效率 低的問題，實現硅片上光電子集成，目前尚未有重大突破。

絕大部分半導體分立元件和集成電路是由硅制造的，大部分發光器件是由 化合物基材料制造的，兩者在各自方面均具有適合的材料物理性能、成熟的工 藝和合適的產業成本。光電集成如果采用硅基材料與GaAs基材料的集成，則具 有巨大的優勢。但由于GaAs和Si的固有晶格失配與熱失配問題，使得在后續 器件工作狀態時，GaAs系材料中的位錯急劇增加，導致器件性能快速下降，工 作壽命大幅下降，如何解決兩者間固有的晶格失配和熱應力失配問題，成為這 種光電集成方式的關鍵所在。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種半導體器件，該半導體器件能夠解決硅基材料 與GaAs基材料晶格適配和熱應力適配的問題。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種半導體器件，包括：

硅基材料基片；

過渡層，其形成于所述基片上；

氧化物隔離層，其位于所述過渡層上，其中，所述氧化物隔離層為在所述 過渡層之后外延生長的AlAs基化合物材料層，并將所述AlAs基化合物材料層 氧化后形成的Al₂O₃材料層；

種子層，其外延生長在所述AlAs基化合物材料層上，且具有開口區域；及

結構層，其外延生長在所述種子層的非開口區域。

在一些實施例中，所述硅基材料為Si或SOI或GeSi中的任意一種。

在一些實施例中，所述過渡層為ⅢⅤ族化合物材料外延層，所述ⅢⅤ族化 合物材料外延層的材料為InGaAlAs基材料或InGaAlP基材料中的至少一種，所 述InGaAlAs基材料體系包括與GaAs材料晶格匹配的InGaAs、GaAs、InAlAs、 AlGaAs、AlAs中的至少一種；所述InGaAlP基材料包括與GaAs材料晶格匹配 的InGaP、InAlP、InGaAlP中的至少一種。

在一些實施例中，所述種子層為ⅢⅤ族化合物材料外延層，所述ⅢⅤ族化 合物材料外延層的材料為InGaAlAs基材料或InGaAlP基材料中的至少一種，所 述InGaAlAs基材料包括與GaAs材料晶格匹配的InGaAs、GaAs、AlGaAs、AlAs 中的至少一種；所述InGaAlP基材料包括與GaAs材料晶格匹配的InGaP、InAlP、 InGaAlP中的至少一種。

在一些實施例中，所述結構層為InGaAlP/GaAs基、AlGaAs/GaAs基、 InGaAs/GaAs基、AlGaAs/GaAs基、InGaAs/GaAs基的外延結構或其組合。

在一些實施例中，所述氧化物隔離層的厚度為5nm～2000nm。

在一些實施例中，所述AlAs基化合物為InGaAlAs，其中Al組分高于0.90。

在一些實施例中，所述AlAs基化合物為InGaAlAs，其中Al組分高于0.98。