一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，包括：在硅衬底上制备底层绝缘体/中间层/顶层绝缘体的三层结构；刻蚀三层结构得到沟槽，并暴露底部的硅衬底，获得垂直选区外延区域；将沟槽底部的硅衬底表面刻蚀成V型槽，并将纳米脊外延区域侧壁的中间层向两侧掏空；在沟槽中垂直选区异质外延生长Ⅲ‑Ⅴ族半导体纳米脊；在晶圆表面沉积绝缘体包覆层；在距离上述Ⅲ‑Ⅴ族半导体纳米脊侧壁数微米的中空层边缘位置开出窗口；在晶圆的中空层内，侧向同质外延生长Ⅲ‑Ⅴ族半导体薄膜。本发明专利技术方法所制备的Ⅲ‑Ⅴ族半导体/绝缘体/硅的三层结构实现了低成本、大尺寸、低缺陷密度的硅基Ⅲ‑Ⅴ族半导体晶体薄膜制备，并可与硅波导高效光耦合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成光电子器件和半导体材料，更具体地，涉及一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法。

技术介绍

1、光电集成芯片通过光互连技术使原来分立的光电子器件变得集成化，在不断提高功能性和集成度的同时，也不断降低芯片的功耗和成本；目前已成为数据中心以及光通信网络的核心技术，同时也是云计算、物联网、无人驾驶等应用的使能技术。硅基光电集成技术与磷化铟(inp)基光电集成技术相比，可大幅度降低生产成本，并极大提高芯片的集成度。然而由于硅是间接带隙半导体，无法制备高效的片上光源，因此硅基光电集成芯片需要额外集成直接带隙的iii-v族半导体，以实现高效的片上激光器。

2、一方面，目前产业界多数采用基于晶圆键合的异质集成技术实现硅基iii-v族激光器的片上集成，这种方式独有的“iii-v族半导体/绝缘体/硅”的三层堆叠结构可以实现iii-v族半导体与硅波导的高效倏逝波耦合，进而可以融合硅材料低损耗的特点和iii-v族半导体高增益的特性。然而晶圆键合需要价格更昂贵的iii-v族衬底作为被转移材料的来源，且iii-v族材料晶圆尺寸远小于硅光soi晶圆(本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，其特征在于，所述Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米脊外延区域底部由两个硅{111}晶面构成的V型槽可抑制Ⅲ-Ⅴ族半导体外延生长中的反向畴边界缺陷的形成。

3.根据权利要求1所述的一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，其特征在于，所述垂直选区异质外延生长Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米脊为高质量Ⅲ-Ⅴ族半导体晶体，其上层晶体位错密度低于预设值或无位错，且没有反相畴晶格缺陷，使其可充当所述侧向同质外延生长Ⅲ-Ⅴ族半导体薄膜的高质量种子晶体。...

【技术特征摘要】

1.一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，其特征在于，所述ⅲ-ⅴ族半导体纳米脊外延区域底部由两个硅{111}晶面构成的v型槽可抑制ⅲ-ⅴ族半导体外延生长中的反向畴边界缺陷的形成。

3.根据权利要求1所述的一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，其特征在于，所述垂直选区异质外延生长ⅲ-ⅴ族半导体纳米脊为高质量ⅲ-ⅴ族半导体晶体，其上层晶体位错密度低于预设值或无位错，且没有反相畴晶格缺陷，使其可充当所述侧向同质外延生长ⅲ-ⅴ族半导体薄膜的高质量种子晶体。

4.根据权利要求1所述的一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，其特征在于，所述底层绝缘体/中间层/顶层绝缘体的三层结构中，中间层材料和底层/顶层绝缘体之间的湿法刻蚀或者软性干法刻蚀选择比大于预设阈值，以便掏空中间层得到具有中空层的结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于硅晶圆异质外延的硅基薄膜晶体制备方法，其特征在于，所述顶层绝缘体的薄膜需要能...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩羽，曾聪，楼梦晖，余思远，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：