半导体器件及其制备方法和应用
【专利说明】
【技术领域】
[0001]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】】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
】
[0005]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。
[0006]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0007]一种半导体器件，包括:
[0008]??圭基材料基片；
[0009]过渡层，其形成于所述基片上；
[0010]氧化物隔离层，其位于所述过渡层上，其中，所述氧化物隔离层为在所述过渡层之后外延生长的AlAs基化合物材料层，并将所述AlAs基化合物材料层氧化后形成的Al2O3材料层；[0011 ] 种子层，其外延生长在所述AlAs基化合物材料层上，且具有开口区域；及
[0012]结构层，其外延生长在所述种子层的非开口区域。
[0013]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。
[0014]在一些实施例中，所述过渡层为IIIV族化合物材料外延层，所述IIIV族化合物材料外延层的材料为InGaAlAs基材料或InGaAlP基材料中的至少一种，所述InGaAlAs基材料体系包括与GaAs材料晶格匹配的InGaAs、GaAs、InAlAs、AlGaAs、AlAs中的至少一种；所述InGaAlP基材料包括与GaAs材料晶格匹配的InGaP、InAlP, InGaAlP中的至少一种。
[0015]在一些实施例中，所述种子层为IIIV族化合物材料外延层，所述IIIV族化合物材料外延层的材料为InGaAlAs基材料或InGaAlP基材料中的至少一种，所述InGaAlAs基材料包括与GaAs材料晶格匹配的InGaAs、GaAs> AlGaAs> AlAs中的至少一种；所述InGaAlP基材料包括与GaAs材料晶格匹配的InGaP、InAlP, InGaAlP中的至少一种。
[0016]在一些实施例中，所述结构层为InGaAlP/GaAs 基、AlGaAs/GaAs 基、InGaAs/GaAs基、AlGaAs/GaAs基、InGaAs/GaAs基的外延结构或其组合。
[0017]在一些实施例中，所述氧化物隔离层的厚度为5nm?2000nm。
[0018]在一些实施例中，所述AlAs基化合物为InGaAlAs,其中Al组分高于0.90。
[0019]在一些实施例中，所述AlAs基化合物为InGaAlAs,其中Al组分高于0.98。
[0020]在一些实施例中，所述Al2O3材料层包括In或Ga中的至少一种元素。
[0021]在一些实施例中，所述半导体器件制备于所述基片全部或部分表面。
[0022]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:
[0023]提供一??圭基材料基片；
[0024]在所述基片全部或部分表面外延生长过渡层；
[0025]在所述过渡层外延生长AlAs基化合物材料层；
[0026]在所述AlAs基化合物材料层上外延生长种子层，
[0027]在所述种子层上形成开口区域；
[0028]通过氧化工艺，将所述AlAs基化合物材料层转变形成Al2O3材料层，形成氧化物隔尚层;
[0029]由所述种子层的非开口区域开始外延生长形成结构层。
[0030]所述种子层的开口区域最小宽度大于0.lum。
[0031]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:
[0032]提供一??圭基材料基片；
[0033]在硅基材料基片表面淀积生长掩膜层，形成掩膜图形；
[0034]由所述基片表面开始外延生长过渡层；
[0035]在所述过渡层外延生长AlAs基化合物材料层；
[0036]在所述AlAs基化合物材料层上外延生长种子层；
[0037]在所述种子层上外延生长形成结构层；
[0038]在所述结构层上形成开口区域，开口区域深度至少暴露至AlAs基外延层；
[0039]通过氧化工艺，将所述AlAs基化合物材料层转变形成Al2O3材料层，形成氧化物隔罔层。
[0040]在一些实施例中，所述掩膜层的材料包括但不限于Si02、T12, A1203、Ti3O5, ZrO2,Ta205、SiN、A1N、钥、镍、钽、钼、钛、钨、铬中的一种或多种的组合。
[0041]在一些实施例中，所述掩膜层的开口区域最小宽度大于0.lum，所述掩膜图形宽度大于0.lum。
[0042]在一些实施例中，所述掩膜层的制备方法包括但不限于蒸发、化学气相淀积、溅射、原子层淀积、氧化。
[0043]此外，本发明还提供了一种半导体器件在集成电路中的应用。
[0044]采用上述技术方案，本发明的有益效果在于:
[0045]本发明提供的半导体器件包括依次形成的硅基材料基片、过渡层、氧化物隔离层、种子层及结构层，其中，种子层具有开口区域，所述结构层由所述种子层的非开口区域外延生长形成，所述氧化物隔离层为在所述过渡层外延生长的AlAs基化合物材料层，并在外延生长种子层后，利用器件工艺形成开口区，通过开口区，利用氧化工艺将所述AlAs基化合物材料层转变形成Al2O3材料层。本发明提供的半导体器件，通过在硅基衬底与GaAS系材料之间建立Al2O3层，从而构建了硅基衬底与GaAS系材料之间的晶格失配产生应力的缓冲层，相对于硅衬底上氧化形成的致密性较高的S12，该Al2O3缓冲层比较疏松，这样，该半导体器件在工作时，硅基衬底与GaAS系材料两者晶格失配与热失配问题产生的大的应力问题得到良好隔离，半导体器件工作寿命延长。
【【附图说明】】
[0046]图1为本发明提供的半导体器件的结构示意图；
[0047]图2为本发明提供的制备半导体器件的步骤流程图；
[0048]图3为本发明另一实施例提供的半导体器件的结构示意图；
[0049]图4为本发明另一实施例提供的制备半导体器件的步骤流程图。
【【具体实施方式】】
[0050]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0051]在申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同