[发明专利]基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构及集成方法

权利要求书

1.一种基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构的集成方法，其特征在于，所述集成方法包括步骤：

1)提供一硅波导层，于所述硅波导层上形成介质层，并通过光刻刻蚀方法于所述介质层中形成Ⅲ-Ⅴ族材料异质集成窗口，该集成窗口显露所述硅波导层；

2)于所述集成窗口内及所述介质层上形成非晶材料层，并采用化学机械抛光工艺形成非晶材料层的平坦表面，所述非晶材料层为非晶硅层或者非晶Ⅲ-Ⅴ族材料层；

3)提供一Ⅲ-Ⅴ族材料衬底，采用晶圆键合工艺键合所述Ⅲ-Ⅴ族材料衬底及所述非晶材料层，并减薄所述Ⅲ-Ⅴ族材料衬底；

4)采用退火工艺实现所述非晶材料层的固相外延，形成单晶材料层，所述单晶材料层为单晶硅层或单晶Ⅲ-Ⅴ族材料层。

2.根据权利要求1所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构的集成方法，其特征在于：当所述非晶材料层为非晶硅层时，所述非晶硅层基于与其相接触的所述硅波导层进行再结晶，形成所述单晶硅层；当所述非晶材料层为非晶Ⅲ-Ⅴ族材料层时，所述非晶Ⅲ-Ⅴ族材料层基于与其相接触的所述Ⅲ-Ⅴ族材料衬底进行再结晶，形成所述单晶Ⅲ-Ⅴ族材料层。

3.根据权利要求1所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构的集成方法，其特征在于：所述非晶Ⅲ-Ⅴ族材料层包括InP、GaAs、GaN及InGaAs/InP中的一种，所述Ⅲ-Ⅴ族材料衬底的材料包括InP、GaAs、GaN及InGaAs/InP中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构的集成方法，其特征在于：步骤2)化学机械抛光工艺后，位于所述介质层表面上的非晶材料层的厚度介于5纳米～20纳米之间。

5.根据权利要求1所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构的集成方法，其特征在于：步骤3)采用智能剥离方法或者选择性刻蚀方法减薄所述Ⅲ-Ⅴ族材料衬底。

6.根据权利要求5所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构的集成方法，其特征在于：所述智能剥离方法包括步骤：

a)在步骤3)的键合前，在Ⅲ-Ⅴ族材料衬底中上注入H离子，形成剥离界面；

b)在步骤3)的键合后，通过退火工艺使所述Ⅲ-Ⅴ族材料衬底在所述剥离界面处实现剥离。

7.根据权利要求1所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构的集成方法，其特征在于：还包括步骤：5)通过光刻刻蚀定义Ⅲ-Ⅴ族器件区域，并在所述Ⅲ-Ⅴ族器件区域制备出Ⅲ-Ⅴ族光电器件。

8.根据权利要求7所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构的集成方法，其特征在于：所述Ⅲ-Ⅴ族光电器件包括Ⅲ-Ⅴ族材料/硅异质结雪崩光电二极管。

9.一种基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构，其特征在于，包括：

硅波导层；

介质层，位于所述硅波导层上，所述硅波导层中具有Ⅲ-Ⅴ族材料异质集成窗口，该集成窗口显露所述硅波导层；

单晶材料层，填充于所述集成窗口中并覆盖所述介质层，所述单晶材料层为单晶硅层或单晶Ⅲ-Ⅴ族材料层；

Ⅲ-Ⅴ族材料衬底，键合于所述单晶材料层。

10.根据权利要求9所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构，其特征在于：所述单晶Ⅲ-Ⅴ族材料层包括InP、GaAs、GaN及InGaAs/InP中的一种，所述Ⅲ-Ⅴ族材料衬底的材料包括InP、GaAs、GaN及InGaAs/InP中的一种。

11.根据权利要求9所述的基于晶圆键合技术的Ⅲ-Ⅴ/Si异质结构，其特征在于：位于所述介质层表面上的单晶材料层的厚度介于5纳米～20纳米之间。