硅基衬底、衬底基板及其制造方法、光电器件技术

本申请涉及一种硅基衬底、衬底基板及其制造方法、光电器件，涉及电子技术应用领域，包括：硅基衬底，硅基衬底的一面具有周期性的凸起结构，每个凸起结构的侧面与底面存在倾角；设置在硅基衬底具有凸起结构的一面上的三五族材料层。在该衬底基板中，由于硅基衬底的一面不再是硅(100)晶面，而是具有周期性的凸起结构，该凸起结构能够实现位错的自湮灭，将晶格失配以及反相畴所导致的位错限制在硅基衬底这一层，使得三五族材料在该硅基衬底上外延生长时，能够保持整齐的晶体结构，因此，能够减少硅基衬底和三五族材料之间的晶格失配和反相畴等问题，提高三五族材料在该硅基衬底上的良品率。本申请用于在硅基衬底上形成高质量的三五族材料。

【技术实现步骤摘要】
硅基衬底、衬底基板及其制造方法、光电器件
本公开涉及电子技术应用领域，特别涉及一种硅基衬底、衬底基板及其制造方法、光电器件。
技术介绍
硅基光电集成技术指的是在硅基衬底上集成光电器件的技术。采用该技术形成的光源、放大器或调制器等器件具有低成本、微尺寸以及高集成度的优点。然而，由于硅是间接带隙材料，发光特性较差，而三五族(也称III-V族)材料具有优良的光学特性，因此，将三五族材料制备在硅基衬底上可以形成高效发光的器件，为光电器件的形成提供良好的基础。例如，该三五族材料可以为砷化铟(IndiumArsenide，InAs)或砷化镓(GalliumArsenide，GaAs)。但是，硅(100)晶面和三五族材料之间存在晶格失配和反相畴等问题，导致三五族材料在具有硅(100)晶面的硅基衬底上的形成极为困难。
技术实现思路
本申请提供了一种硅基衬底、衬底基板及其制造方法、光电器件，可以减少硅基衬底和三五族材料之间的晶格失配和反相畴等问题，提高三五族材料在硅基衬底上的良品率。第一方面，提供一种衬底基板，包括：硅基衬底，所述硅基衬底的一面具有周期性的凸起结构，每个所述凸起结构的侧面与底面存在倾角，通过该倾角能够实现硅基衬底的位错的自湮灭，从而将位错抑制在该硅基衬底的凸起结构的侧面上；设置在所述硅基衬底具有所述凸起结构的一面上的三五族材料层。在该衬底基板中，由于硅基衬底的一面不再是硅(100)晶面，而是具有周期性的凸起结构，该凸起结构能够实现位错的自湮灭，将晶格失配以及反相畴所导致的位错限制在硅基衬底这一层，使得三五族材料在该硅基衬底上外延生长时，能够保持整齐的晶体结构，因此，减少了硅基衬底和三五族材料之间的晶格失配和反相畴等问题，提高了三五族材料在该硅基衬底上的良品率可选的，所述硅基衬底具有所述周期性的凸起结构的表面为硅(111)晶面。硅(111)晶面能够有效抑制位错，使位错不再继续向上生长，并且反相畴在60°的晶面上几乎能够全部被抑制，因此更有利于三五族材料的外延生长。可选的，所述硅基衬底包括：一面具有周期性的凹槽的子硅基衬底；以及设置在所述子硅基衬底具有所述凹槽的一面上的硅中间层，所述硅中间层由所述周期性的凸起结构组成；其中，每个所述凸起结构位于两个相邻凹槽之间的间隔结构上，每两个相邻的所述凸起结构的侧面邻接(即该多个凸起结构的上表面是连续的表面)，从而可以实现稳定的硅基衬底结构。可选的，所述凹槽的排布周期为200～800nm，每个所述凹槽的深度为200～1000nm，进一步的，所述凹槽的排布周期为300～500nm；每个所述凹槽的深度为400～600nm。可选的，所述硅中间层的厚度为300～800nm，该硅中间层的厚度指的是硅中间层以凹槽111的顶部平台为基准面的厚度，进一步的，所述硅中间层的厚度为450～650nm。该凹槽可以有多种，在一种可选的实现方式中，所述子硅基衬底具有所述周期性的凹槽的表面为硅(110)晶面，每个凹槽的侧面边界垂直于底面。在另一种可选的实现方式中，凹槽的界面呈倒梯形，每个所述凹槽的顶部宽度为100～400nm；每个所述凹槽的底部宽度为50～200nm。进一步的，每个所述凹槽的顶部宽度为120～160nm，每个所述凹槽的底部宽度为100～120nm。可选的，所述三五族材料层包括在所述硅基衬底具有所述凸起结构的一面上依次叠加设置的三五族材料缓冲层和三五族位错过滤层，所述三五族材料缓冲层用于缓冲所述硅基衬底的晶格失配，所述三五族位错过滤层用于过滤所述硅基衬底的位错。可选的，所述三五族位错过滤层的厚度为0～2μm；所述三五族位错过滤层的表面粗糙度为0.5～1.6nm。进一步的，所述三五族位错过滤层的厚度为0.8～1.8μm，所述三五族位错过滤层的表面粗糙度为0.8～1.4nm。表面粗糙度可以表征结构层表面的光滑程度，表面粗糙度的值越小，该结构层的表面越光滑。可选的，所述三五族材料缓冲层包括：依次叠加设置在所述硅基衬底具有所述凸起结构的一面上的AlAs晶层和GaAs晶层。由于Al的熔点约为660摄氏度，Ga的熔点约为30摄氏度，AlAs晶层的熔点较GaAs晶层的熔点高，当在凸起结构上直接设置GaAs晶层时，由于Ga的熔点较低，因此GaAs晶层的原子在硅基衬底上会出现移动，进而产生位错，当在凸起结构上设置AlAs晶层时，由于Al的熔点较高，因此AlAs晶层的原子具有更高的键能，从而在硅基衬底上不会移动，从而避免晶格失配所导致的位错。所以先在硅基衬底的凸起结构上设置AlAs晶层，再在AlAs晶层上设置GaAs晶层，可以有效的避免直接将GaAs晶层设置在硅基衬底上所导致的位错，从而在硅基衬底上形成高质量的三五族材料层。可选的，所述三五族材料缓冲层的厚度为0～600nm；所述GaAs晶层的表面粗糙度为0.5～1.6nm。进一步的，所述三五族材料缓冲层的厚度为200～600nm；所述GaAs晶层的表面粗糙度为0.8～1.4nm。可选的，所述三五族位错过滤层包括：叠加设置的m个周期的第一量子阱结构层，每个周期的所述第一量子阱结构层包括依次叠加的In0.15Ga0.85As晶层和GaAs晶层，m为正整数。其中，In0.15Ga0.85As表示In(铟)的比例为15％，Ga(镓)的比例为85％的InGaAs(砷化铟镓)。上述第一量子阱结构层中，由于In0.15Ga0.85As的晶格比GaAs的晶格大，因此，当先在三五族材料缓冲层上设置In0.15Ga0.85As晶层时，会产生应力，从而形成应力场，In0.15Ga0.85As晶层所产生的应力场能够将位错所产生的应力抵消掉，从而抑制位错继续向上延伸。可选的，所述三五族位错过滤层还包括：叠加在所述m个周期的第一量子阱结构层上的n个周期的第二量子阱结构层以及p个周期的超晶格结构，所述n个周期的第二量子阱结构层叠加设置，所述p个周期的超晶格结构叠加设置，n和p为正整数；每个周期的所述第二量子阱结构层包括依次叠加的In0.15Al0.85As晶层和GaAs晶层；每个周期的所述超晶格结构包括依次叠加的Al0.6Ga0.4As晶层和GaAs晶层。其中，第二量子阱结构层中的In0.15Al0.85As晶层抑制位错的效果相比于上述第一量子阱结构层中的In0.15Ga0.85As晶层，效果更好，但是由于Al的熔点比Ga高，若直接在三五族材料缓冲层上形成In0.15Al0.85As晶层，使Al原子移动较为困难，当原子所处的位置不对时，难以进行调整，从而难以抑制位错的延伸。当先在三五族材料缓冲层上生长第一量子阱结构层，再在第一量子阱结构层上生长第二量子阱结构层时，将In0.15Ga0.85As晶层作为铺垫，再形成In0.15Al0.85As晶层，便可以更好的抑制位错，从而在硅基衬底上形成高质量的三五族材料层。在第二量子阱结构层中，由于Al原子过多时，也会产生一定的位错，因此，该第二量子阱结构层包括依次叠加的In0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种衬底基板，其特征在于，包括：/n硅基衬底，所述硅基衬底的一面具有周期性的凸起结构，每个所述凸起结构的侧面与底面存在倾角；/n设置在所述硅基衬底具有所述凸起结构的一面上的三五族材料层。/n

【技术特征摘要】
1.一种衬底基板，其特征在于，包括：
硅基衬底，所述硅基衬底的一面具有周期性的凸起结构，每个所述凸起结构的侧面与底面存在倾角；
设置在所述硅基衬底具有所述凸起结构的一面上的三五族材料层。


2.根据权利要求1所述的衬底基板，其特征在于，
所述硅基衬底具有所述周期性的凸起结构的表面为硅(111)晶面。


3.根据权利要求2所述的衬底基板，其特征在于，
所述硅基衬底包括：一面具有周期性的凹槽的子硅基衬底；以及设置在所述子硅基衬底具有所述凹槽的一面上的硅中间层，所述硅中间层由所述周期性的凸起结构组成；
其中，每个所述凸起结构位于两个相邻凹槽之间的间隔结构上，每两个相邻的所述凸起结构的侧面邻接。


4.根据权利要求3所述的衬底基板，其特征在于，
所述子硅基衬底具有所述周期性的凹槽的表面为硅(110)晶面。


5.根据权利要求1至4任一所述的衬底基板，其特征在于，所述三五族材料层包括在所述硅基衬底具有所述凸起结构的一面上依次叠加设置的三五族材料缓冲层和三五族位错过滤层，所述三五族材料缓冲层用于缓冲所述硅基衬底的晶格失配，所述三五族位错过滤层用于过滤所述硅基衬底的位错。


6.根据权利要求5所述的衬底基板，其特征在于，
所述三五族材料缓冲层包括：
依次叠加设置在所述硅基衬底具有所述凸起结构的一面上的AlAs晶层和GaAs晶层。


7.根据权利要求5所述的衬底基板，其特征在于，
所述三五族位错过滤层包括：叠加设置的m个周期的第一量子阱结构层，每个周期的所述第一量子阱结构层包括依次叠加的In0.15Ga0.85As晶层和GaAs晶层，m为正整数。


8.根据权利要求7所述的衬底基板，其特征在于，所述三五族位错过滤层还包括：叠加在所述m个周期的第一量子阱结构层上的n个周期的第二量子阱结构层以及p个周期的超晶格结构，所述n个周期的第二量子阱结构层叠加设置，所述p个周期的超晶格结构叠加设置，n和p为正整数；
每个周期的所述第二量子阱结构层包括依次叠加的In0.15Al0.85As晶层和GaAs晶层；
每个周期的所述超晶格结构包括依次叠加的Al0.6Ga0.4As晶层和GaAs晶层。


9.根据权利要求8所述的衬底基板，其特征在于，m＝n＝p＝5。


10.一种硅基衬底，其特征在于，包括：
一面具有周期性的凹槽的子硅基衬底；以及设置在所述凹槽上的硅中间层，所述硅中间层由所述周期性的凸起结构组成；
其中，每个所述凸起结构位于两个相邻凹槽之间的间隔结构上，每两个相邻的所述凸起结构的侧面邻接；
所述硅基衬底具有所述周期性的凸起结构的表面为硅(111)晶面。


11.根据权利要求10所述的硅基衬底，其特征在于，
所述子硅基衬底具有所述周期性的凹槽的表面为硅(110)晶面。


12.一种衬底基板的制造方法，其特征在于，包括：
制造硅基衬底，所述硅基衬底的一面具有周期性的凸起结构，每个所述凸起结构的侧面与底面存在倾角；
在所述硅基衬底具有所述凸起结构的一面上形成三五族材料层。


13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
所述硅基衬底具有所述周期性的凸起结构的表面为硅(111)晶面。


14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述制造硅基衬底，包括：
制造一面具有周期性的凹槽的子硅基衬底；
在所述子硅基衬底具有所述凹槽的一面上形成硅中间层，所述硅中间层由所述周期性的凸起结构组成，且每个所述凸起结构位于两个相邻凹槽之间的间隔结构上，每两个相邻的所述凸起结构邻接。


15.根据权利要求14...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵壮，刘磊，乐阮平，王霆，张建军，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44