[发明专利]半导体器件及其制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种半导体器件及其制备方法 和应用。

【背景技术】

微电子信息处理的速度迅速发展，在硅材料上发展起来的集成电路已成为 发展电子计算机、通信和自动控制等信息技术的关键。随着信息技术的日益发 展，对信息的传递速度、储存能力、处理功能提出更高要求，但Si集成电路受 到Si中电子运动速度的限制，其器件尺寸已逐步趋向极限。如果能在硅芯片中 引入光电子技术，用光波代替电子作为信息载体，则可大大地提高信息传输速 度和处理能力，使电子计算机、通信和显示等信息技术发展到一个全新的阶段。 所以要有所突破，实现光电集成是必由之路。

从集成电路的光电集成的发展和研究历史来看，尝试了几个不同的光电集 成的研究路线，如70年代兴起的GaAs基微电子和光电子的的集成研究，经过 二十几年的努力，由于GaAs基微电子器件的钝化和成本问题，宣布GaAs基的 光电集成失败；80年代初，轰轰烈烈的Si上生长GaAs材料试图解决光电器件 和Si大规模集成电路集成的瓶颈。然而由于GaAs和Si的固有晶格失配与热失 配问题，使得GaAs激光器中的位错急剧增加，导致激光器寿命较短、整个电路 失效的尴尬；在硅片上实现Si基光电集成，但由于硅具有间接带隙，这种间接 跃迁的几率非常小，使硅的发光效率很低，多年来，为了克服硅材料发光效率 低的问题，实现硅片上光电子集成，目前尚未有重大突破。

绝大部分半导体分立元件和集成电路是由硅制造的，大部分发光器件是由 化合物基材料制造的，两者在各自方面均具有适合的材料物理性能、成熟的工 艺和合适的产业成本。光电集成如果采用硅基材料与GaAs基材料的集成，则具 有巨大的优势。但由于GaAs和Si的固有晶格失配与热失配问题，使得在后续 器件工作状态时，GaAs系材料中的位错急剧增加，导致器件性能快速下降，工 作寿命大幅下降，如何解决两者间固有的晶格失配和热应力失配问题，成为这 种光电集成方式的关键所在。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种半导体器件，该半导体器件能够解决硅基材料 与GaAs基材料晶格适配和热应力适配的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种半导体器件，包括：

硅基材料基片；

隔离层，其形成于所述基片表面，所述隔离层的材料为金属材料或介质材 料；

化合物基半导体外延材料层，其外延生长于所述隔离层表面。

在一些实施例中，所述硅基材料为Si或SOI或GeSi中的任意一种。

在一些实施例中，所述金属材料包括但不限于钼、镍、钽、铂、钛、钨、 铬中的一种或多种的组合；所述介质材料包括但不限于SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Ti₃O₅、 ZrO₂、Ta₂O₅、SiN、AlN中的一种或多种的组合。

在一些实施例中，所述化合物基半导体外延材料层为ⅢⅤ族化合物材料外 延层，所述ⅢⅤ族化合物材料外延层材料包括GaAs、InGaAlAs、InGaAlP材料 或GaAsP中的至少一种。

在一些实施例中，所述化合物基半导体外延材料层的厚度为100nm～15um。

在一些实施例中，所述化合物基半导体外延材料层的最小尺寸方向的宽度 小于50微米。

在一些实施例中，所述半导体器件制备于所述基片部分表面。

另外，本发明还提供了一种半导体器件的制备方法，包括下述步骤：

提供一硅基材料基片；

在所述基片表面制备形成隔离层，且所述隔离层具有开口区域，所述隔离 层的材料为金属材料或介质材料；

在所述隔离层开口区域外延生长化合物基半导体外延材料层，并通过侧向 外延方式生长至所述隔离层表面，外延形成材料结构层；

在所述化合物基半导体外延材料层表面制备腐蚀阻挡层；

腐蚀未被所述腐蚀阻挡层保护的化合物基半导体外延材料层；

清洗所述腐蚀阻挡层，得到所述半导体器件。