[發(fā)明專利]生長在硅上的異質(zhì)材料與硅光子電路的鍵合

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410806944.8
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN104882368A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 約翰·E·鮑威爾斯;喬克·波維頓
• 申請（專利權(quán)）人: 加州大學(xué)董事會(huì)
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L29/06
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 吳開磊

1.一種制造異質(zhì)半導(dǎo)體晶片的方法，所述方法包括：

在具有半導(dǎo)體襯底的第一晶片上沉積III-V型半導(dǎo)體外延層；

將所述第一晶片鍵合至具有形成于半導(dǎo)體襯底上的圖案化硅層的第二晶片，其中，所述III-V型半導(dǎo)體外延層鍵合至所述第二晶片的所述圖案化硅層；以及

去除與所述第一晶片相關(guān)聯(lián)的所述半導(dǎo)體襯底，以暴露所述III-V型半導(dǎo)體外延層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括：

在與所述第一晶片相關(guān)聯(lián)的所述半導(dǎo)體襯底上沉積緩沖層，其中，所述III-V型半導(dǎo)體外延層沉積在所述緩沖層上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述緩沖層包括鍺(Ge)、硅鍺(SiGe)、鈦酸鍶(SrTO₃)和二氧化硅(SiO₂)中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述III-V型半導(dǎo)體外延層包括量子點(diǎn)、量子阱、量子線、量子劃線中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括：

在去除所述半導(dǎo)體襯底之后處理暴露的III-V型半導(dǎo)體外延層，以形成耦合至所述圖案化硅層的一個(gè)或多個(gè)有源光電器件。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)有源光電器件包括激光器、光探測器、調(diào)制器、相位調(diào)諧元件、干涉測量器件、波長多路復(fù)用器、偏振分光器、耦合器或飽和吸收器中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述圖案化硅層包括一個(gè)或多個(gè)無源光學(xué)部件，所述一個(gè)或多個(gè)無源光學(xué)部件耦合至形成在所述III-V型半導(dǎo)體外延層內(nèi)的所述一個(gè)或多個(gè)有源光電器件。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述無源光學(xué)部件包括波導(dǎo)、濾光器和/或分光器中的一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二晶片是絕緣體上硅晶片，包括硅襯底、沉積在所述硅襯底上的埋入氧化物層、以及形成在所述埋入氧化物層上的所述圖案化硅層。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一晶片與所述第二晶片的鍵合包括在所述圖案化硅層與所述III-V型半導(dǎo)體外延層之間提供導(dǎo)電性。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二晶片包括金屬層，所述金屬層包括位于所述圖案化硅層的頂部上的薄接觸金屬堆疊。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，鍵合包括在壓力下的退火，以在所述圖案化硅層與所述III-V型半導(dǎo)體外延層之間形成共價(jià)鍵，并在所述薄接觸金屬堆疊與所述III-V型半導(dǎo)體外延層之間形成互相擴(kuò)散。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，鍵合過程選自由以下組成的組：親水鍵合、疏水鍵合、等離子體輔助鍵合、焊劑鍵合、金屬鍵合和聚合物鍵合(例如，苯并環(huán)丁烯鍵合)。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，分別與所述第一晶片和第二晶片相關(guān)聯(lián)的所述半導(dǎo)體襯底是硅襯底。

15.一種異質(zhì)晶片，包括：

第一晶片，具有半導(dǎo)體襯底和圖案化硅層；以及

第二晶片，具有半導(dǎo)體襯底和III-V型半導(dǎo)體外延層；

其中，所述第二晶片鍵合至所述第一晶片，使得所述III-V型半導(dǎo)體外延層鍵合至所述圖案化硅層。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的異質(zhì)晶片，其中，所述第一晶片的直徑近似等于所述第二晶片的直徑。

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的異質(zhì)晶片，其中，所述第一晶片和所述第二晶片的直徑大于200毫米(mm)。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的異質(zhì)晶片，其中，所述第二晶片包括沉積在所述半導(dǎo)體襯底上的緩沖層，其中，所述III-V型半導(dǎo)體外延層沉積在所述緩沖層上。

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的異質(zhì)晶片，其中，所述緩沖層包括鍺(Ge)、硅鍺(SiGe)、鈦酸鍶(SrTO₃)和二氧化硅(SiO₂)中的一種或多種，并且所述III-V型半導(dǎo)體層包括量子點(diǎn)、量子阱、量子線、量子劃線中的一種或多種。