[发明专利]异质半导体结构及其制造方法

说明书

本发明涉及一种异质半导体结构及其制造方法。该异质半导体结构包括第一集成电路和第二集成电路，第二集成电路是光子集成电路。该异质半导体结构可以通过以倒装芯片的方式将多层源管芯接合到第一集成电路、去除源管芯的衬底、以及使用蚀刻和/或沉积工艺在源管芯上制造一个或更多个部件以形成第二集成电路来制造。第二集成电路可以包括由立方相镓氮化物化合物制成的部件，并且被配置为在短于450nm的波长下工作。

技术领域

根据本发明的实施方式的一个或更多个方面涉及集成电路，更具体地，涉及结合光学和电学功能的异质集成电路(heterogeneous integrated circuit)。

背景技术

在过去的二十年中，研究人员已经开发出了晶体管的光子等效物，甚至已经能够构建全光逻辑电路。这些器件甚至可以制造得比现有的硅晶体管等效物快得多。然而，光子器件的功率要求及其尺寸目前比晶体管等效物高许多个数量级。这种光子器件的功耗会限制它们可实现的集成密度。

因此，需要提供光学功能的改善的集成电路结构。

发明内容

本公开的实施方式的方面涉及一种异质半导体结构，其包括第一集成电路和第二集成电路，第二集成电路是光子集成电路。该异质半导体结构可以通过以倒装芯片的方式将多层源管芯接合到第一集成电路、去除源管芯的衬底、以及使用蚀刻和/或沉积工艺在源管芯上制造一个或更多个部件以形成第二集成电路来制造。第二集成电路可以包括由立方相镓氮化物化合物制成的部件，并且被配置为在短于450nm的波长下工作。

根据本发明的一实施方式，提供了一种异质半导体结构，其包括具有硅衬底的第一集成电路、在第一集成电路上的接合层、以及在接合层上的第二集成电路，第二集成电路包括立方相镓氮化物化合物作为主要成分。

在一个实施方式中，第二集成电路的总厚度小于2微米。

在一个实施方式中，第二集成电路包括在接合层上的无源波导。

在一个实施方式中，对于最低阶横磁模，无源波导具有小于500nm的截止波长。

在一个实施方式中，无源波导具有大于30nm且小于80nm的宽度。

在一个实施方式中，无源波导具有大于20nm且小于50nm的厚度。

在一个实施方式中，无源波导包括在接合层上具有第一掺杂浓度的第一层n掺杂AlGaN、以及在第一层n掺杂AlGaN上具有第二掺杂浓度的第二层n掺杂AlGaN，第二掺杂浓度大于第一掺杂浓度。

在一个实施方式中，该结构包括在接合层上的有源器件。

在一个实施方式中，有源器件包括第一层n掺杂AlGaN、第二层n掺杂AlGaN、由本征AlGaN组成的第一阻挡层、由本征AlGaN组成的量子阱层、由本征AlGaN组成的第二阻挡层、以及p掺杂AlGaN层。

在一个实施方式中，量子阱层具有小于5nm的厚度。

在一个实施方式中，第一阻挡层和第二阻挡层的每个具有小于10nm的厚度。

在一个实施方式中，有源器件被配置为作为从由光学增益元件、调制器和探测器组成的组中选择的部件工作。

根据本发明的一实施方式，提供了一种制造异质半导体结构的方法，该方法包括：将源管芯接合到目标晶片，源管芯包括GaAs衬底和在GaAs衬底上的第一多个层，所述接合包括将源管芯接合到目标晶片使得第一多个层面向目标晶片，第一多个层的每个包括立方相镓氮化物化合物作为主要成分；以及去除GaAs衬底。

在一个实施方式中，第一多个层具有小于2微米的总厚度。

在一个实施方式中，该方法包括蚀刻有源器件顶部层以形成有源器件的第一部分。