[发明专利]半导体器件和制备半导体器件的方法

说明书

本发明公开了一种半导体器件和制备半导体器件的方法。该半导体器件包括：第一硅层(110；210)；第一介质层(120；220)，位于该第一硅层(110；210)上面，该第一介质层(120；220)包含窗口(121；221)，该第一介质层(120；220)的窗口(121；221)底部的横向尺寸不超过20nm；III‑V族半导体层(130；230)，位于该第一介质层(120；220)上面以及该第一介质层(120；220)的窗口(121；221)内，并在该第一介质层(120；220)的窗口(121；221)内与该第一硅层(110；210)相连。本发明实施例的半导体器件中的III‑V族半导体材料没有线位错，因而具有较高的性能。

技术领域

本发明涉及信息技术领域，并且更具体地，涉及半导体器件和制备半导体器件的方法。

背景技术

为了提高微处理器的性能，集成电路一直保持小型化和多样化的高速发展，然而缩小的器件尺寸、增加的器件密度也带来了一些不可避免的问题，如信号延迟、互连串扰等。使用电互连介质导致的高功耗和能量浪费逐渐不能满足半导体工业对器件高性能低成本的要求。人们发现，光互连可以有效的解决这些问题并给传统集成电路带来许多新的功能，因此，硅光子学成为了未来光电集成电路的重要研究课题。

硅是微电子平台的基石，在光电集成上也是不可或缺的，它具有高集成度、低成本的优势，它的氧化物是优异的绝缘材料，它们的折射率差较高使得可以利用它们进行导光。但是，硅是间接带隙半导体，光吸收和发射的效率很低，同时硅的载流子迁移率也不高，在高速应用上受到限制。相反，III-V族化合物半导体则具有直接带隙结构和高的电子迁移率，其低维系统如多量子阱、量子点等也给光增益带来很多优良性能，对材料成分的调节和低维结构的优化给器件性能参数带来了多样的变化，可以用来制备激光器、太阳能电池等光电器件，高电子迁移率晶体管等电子器件。

制备III-V族半导体器件的单片集成技术是在硅衬底上外延生长III-V族材料，进而制备成器件。然而，由于III-V族材料如砷化镓、磷化铟等和硅之间存在很大的晶格失配和热失配，在硅上直接生长III-V族材料会引入高密度的线位错，致使器件性能恶化，可靠性降低。

发明内容

本发明实施例提供了一种半导体器件和制备半导体器件的方法，能够提供没有线位错的III-V族半导体器件。

第一方面，提供了一种半导体器件，包括：

第一硅层；

第一介质层，该第一介质层位于该第一硅层上面，该第一介质层具有窗口，该第一介质层的窗口底部的横向尺寸不超过20nm；

III-V族半导体层，该III-V族半导体层分布于该第一介质层上面并深入到该第一介质层的窗口内，并在该第一介质层的窗口内与该第一硅层相连。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，该第一介质层的窗口为倒锥形或圆柱形。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，该第一硅层为硅衬底；

该半导体器件还包括：

第二硅层，该第二硅层包含波导，该第二硅层位于该第一介质层上面，并且该第二硅层与该第一硅层之间的第一介质层的部分无窗口，该第二硅层与该III-V族半导体层直接或间接相连。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，该第一硅层包含波导，该第一介质层的窗口位于波导的上面；

该半导体器件还包括：

第二介质层和第三硅层，该第三硅层为硅衬底，该第二介质层位于该第一硅层下方，该第三硅层上方。

结合第一方面或第一方面的第一至三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，该半导体器件为激光器；