一种化合物半导体硅基混合器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，提供一种化合物半导体硅基混合器件及其制备方法，其中制备方法，包括：在第一衬底上依次形成牺牲层、半导体功能层，形成第一组件；将第二衬底划分为光波导区和键合区，在所述光波导区上形成光波导结构，在所述键合区形成对准组件；在所述键合区表面形成键合凸台；将所述第一组件设置在所述键合区上，所述半导体功能层与所述键合凸台相键合，所述半导体功能层靠近所述光波导区的侧壁与所述光波导结构的端面耦合。该方法能够避免半导体功能层与光波导结构精准对位的问题(即在垂直以及水平方向上无源对准)；此外，提高了半导体器件的集成度和化合物半导体光电器件与硅基光波导的耦合精度，提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种化合物半导体硅基混合器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种化合物半导体硅基混合器件及其制备方法。
技术介绍
随着信息技术的高速发展，人们对计算机的运算速度和信息存储量的要求也越来越高。而光子具有传播速度快，传输容量大，响应速度快，处理速度快、功耗低的特点。同时，还具有集成化以及高度的抗电磁干扰性的优势，带宽比电子大几个数量级。因此，人们希望将光子作为信息载体与成熟的硅微电子技术相结合，实现硅基光电集成。其中，激光器是核心光电子元件之一，硅基激光器与硅基波导器件集成提供光源，是用于硅基光子集成的重要器件。现有技术中，激光器与硅基光电子集成电路的集成方式，采用以下几种方案：(1)通过光纤将激光器和硅基波导的连接；(2)将激光器芯片倒装至硅基波导；(3)利用化合物半导体材料作为增益截止，利用倏逝波导入硅基波导进行混合集成。然而，上述方案(1)中，由于采用光纤连接方式空间占比高，对准难度随器件密度大幅提高；上述方案(2)中，需要将制备完成的激光器芯片倒装至硅基波导上，有源对准难度较大、生产效率低；上述方案(3)中，由于采用的倏逝波耦合形式，容易导致硅基波导的耦合效率低，同时需要特殊生长的外延结构和较高的键合难度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中由于硅基混合激光器的制备过程中对准难度大所导致的制备工艺复杂的缺陷。鉴于此，本专利技术提供一种化合物半导体硅基混合器件的制备方法，包括以下步骤：在第一衬底上依次形成牺牲层、半导体功能层，形成第一组件；将第二衬底划分为光波导区和键合区，在所述光波导区上形成光波导结构，在所述键合区形成对准组件；在所述键合区表面形成键合凸台；将所述第一组件设置在所述键合区上，所述半导体功能层与所述键合凸台相键合，所述半导体功能层靠近所述光波导区的侧壁与所述光波导结构的端面耦合。可选地，形成所述对准组件的步骤包括：对所述键合区进行图案化并刻蚀，形成沟槽；对所述沟槽进行图案化并刻蚀，形成若干立柱。可选地，所述键合凸台的高度大于所述对准组件的高度。可选地，所述将所述第一组件设置在所述键合区上步骤之前，还包括对所述第一组件进行切割，使其大小与所述键合区适配的步骤。可选地，所述将所述第一组件设置在所述键合区上步骤之前，还包括对所述半导体功能层靠近所述光波导区的侧壁进行解理的步骤。可选地，所述半导体功能层包括外延生长的第一半导体层，有源层以及第二半导体层，所述第一半导体层靠近所述牺牲层设置。可选地，还包括剥离所述牺牲层的步骤。可选地，所述化合物半导体层为砷类化合物层或铟类化合物层；所述键合凸台为金属钯凸台或金锡合金凸台。可选地，所述牺牲层的厚度为20nm至150nm；减薄后的所述第一衬底的厚度为95μm至115μm。本专利技术还提供一种硅基化合物半导体混合集成器件，根据上述任一项所述的制备方法所制备。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术实施例提供的化合物半导体硅基混合器件的制备方法，通过在第一衬底上形成牺牲层以及半导体功能层，然后将半导体功能层耦合至第二衬底的光波导结构上；最后，对半导体功能层进行处理以形成半导体器件。该方法能够避免半导体功能层与光波导结构精准对位的问题(即在垂直以及水平方向上无源对准)；此外，提高了半导体器件的集成度和化合物半导体光电器件与硅基光波导的耦合精度，提高了生产效率。2.本专利技术实施例提供的化合物半导体硅基器件的制备方法，通过对第二衬底键合区的沟槽进行图案化，形成若干对应于光波导结构的高度的立柱，用于防止半导体功能层在键合过程中其相对于光波导结构的位置不会发生变化，进一步提高了其耦合效率。3.本专利技术实施例提供的化合物半导体硅基混合器件的制备方法，通过对牺牲层厚度的限定，保证在有效剥离牺牲层的同时，能够避免剥离对半导体功能层的损伤，提高了半导体器件的效率。4.本专利技术实施例提供的化合物半导体硅基混合器件的制备方法，其中，将键合凸台的高度设置为大于对准组件的高度，使得该键合凸台能够控制半导体功能层在纵向与光波导结构的耦合。5.本专利技术实施例提供的化合物半导体硅基混合器件的制备方法，通过利用立柱控制对准高度，能够避免钯层溢流的问题，同时单侧沉积钯层凸台省去蒸镀两层金层的操作步骤，实现在简化工艺的基础上降低成本；此外，钯层可以同时与化合物半导体和硅形成欧姆接触，为器件金属接触设计提高了自由度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中化合物半导体硅基混合器件的制备方法的一个具体示意的方法流程图；图2为本专利技术实施例1中第一衬底上形成半导体功能层的一个具体示意的结构示意图；图3为本专利技术实施例1中半导体功能层的一个具体示意的结构示意图；图4a至图4h为本专利技术实施例1中制备工艺结构流程图；附图标记：11-第一衬底；12-牺牲层；13-半导体功能层；21-第二衬底；211-硅层；212-第一二氧化硅层；213-硅(或氮化硅)层；214-第二二氧化硅层；22-光波导区；23-键合区；24-对准组件；25-键合凸台。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本专利技术实施例提供一种化合物半导体硅基混合器件的制备方法，用于制备硅基化合物半导体混合集成器件，如图1所示，该制备方法包括以下步骤：步骤S11，在第一衬底上依次形成牺牲层以及半导体功能层，形成第一组件。如图2所示，在第一衬底11利用分子束外延(MolecularBeamEpitaxy，简称为MBE)或金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organicChemicalVaporDeposition，简称为MOCVD)上先生长牺牲层12，在牺牲层12上生长半导体功能层(半导体激光器、半导体光放大器、半导体光探测器等光的增益、吸收结构)13，从而形成第一组件。但是，本专利技术的保护范围并不限于此，所有能够在形成半导体功能层13的方法均属于本专利技术的保护范围。其中，牺牲层12的厚度为20nm至150nm，具体厚度可以根据实际形成半导体器件的半导体功能层进行具体设置。牺牲层12为化合物半导体层，具体可以为砷类化合物层或铟类化合物层。第一衬底11以及牺牲层12的选择取决于所要形成的半导体器件的材料体系。例如，对于GaAs化合物半导体体系的半导体器件，可以采用砷化镓作为第一衬底11，采用AlAs或AlGaAs作为牺牲层12的材料，其中，Al的含量需要高于50％；对于InP化合物半导体体系的半导体器件，选用InAlAs或InGaAs或InGaAsP作为牺牲层12的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物半导体硅基混合器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在第一衬底上依次形成牺牲层、半导体功能层，形成第一组件；将第二衬底划分为光波导区和键合区，在所述光波导区上形成光波导结构，在所述键合区形成对准组件；在所述键合区表面形成键合凸台；将所述第一组件设置在所述键合区上，所述半导体功能层与所述键合凸台相键合，所述半导体功能层靠近所述光波导区的侧壁与所述光波导结构的端面耦合。

【技术特征摘要】
1.一种化合物半导体硅基混合器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在第一衬底上依次形成牺牲层、半导体功能层，形成第一组件；将第二衬底划分为光波导区和键合区，在所述光波导区上形成光波导结构，在所述键合区形成对准组件；在所述键合区表面形成键合凸台；将所述第一组件设置在所述键合区上，所述半导体功能层与所述键合凸台相键合，所述半导体功能层靠近所述光波导区的侧壁与所述光波导结构的端面耦合。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述对准组件的步骤包括：对所述键合区进行图案化并刻蚀，形成沟槽；对所述沟槽进行图案化并刻蚀，形成若干立柱。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述键合凸台的高度大于所述对准组件的高度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述将所述第一组件设置在所述键合区上步骤之前，还包括对所述第一组件进行切割，使其大小与所述键合区适...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子昊，朱忻，
申请(专利权)人：苏州矩阵光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32