硅基砷化镓外延结构、激光器及制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115938916A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211627136.6(22)申请日2022.12.16(71)申请人中芯越州集成电路制造（绍兴）有限公司地址312035浙江省绍兴市越城区皋埠街道临江路508号(72)发明人田宇陈龙(74)专利代理机构苏州锦尚知识产权代理事务所(普通合伙)32502专利代理师李洋李丹(51)Int.Cl.H01L21/02(2006.01)H01S5/30(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图3页(54)发明名称硅基砷化镓外延结构、激光器及制备方法(57)摘要本申请实施例涉及一种硅基砷化镓外延结构的制备方法、硅基砷化镓外延结构、激光器的制备方法以及激光器，其中，方法包括：提供硅衬底；在硅衬底上外延生长成核层，成核层的材料包括第一半导体材料；在成核层上外延生长第一过渡层，第一过渡层的材料包括第二半导体材料；第一半导体材料和第二半导体材料均为磷化镓基半导体材料，第一半导体材料的晶格常数介于硅和第二半导体材料之间，第二半导体材料的晶格常数介于第一半导体材料和砷化镓之间；在第一过渡层上外延生长第二过渡层，第二过渡层的材料包括第三半导体材料；在第二过渡层上外延生长砷化镓层；第三半导体材料的带隙介于第二半导体材料和砷化镓之间。CN115938916ACN115938916A权利要求书1/2页1.一种硅基砷化镓外延结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：提供硅衬底；在所述硅衬底上外延生长成核层，所述成核层的材料包括第一半导体材料；在所述成核层上外延生长第一过渡层，所述第一过渡层的材料包括第二半导体材料；其中，所述第一半导体材料和所述第二半导体材料均为磷化镓基半导体材料，所述第一半导体材料的晶格常数介于硅的晶格常数和所述第二半导体材料的晶格常数之间，所述第二半导体材料的晶格常数介于所述第一半导体材料的晶格常数和砷化镓的晶格常数之间；在所述第一过渡层上外延生长第二过渡层，所述第二过渡层的材料包括第三半导体材料；在所述第二过渡层上外延生长砷化镓层；其中，所述第三半导体材料的带隙介于所述第二半导体材料的带隙和砷化镓的带隙之间。2.根据权利要求1所述的硅基砷化镓外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一半导体材料包括磷化镓；所述第二半导体材料包括磷化铟镓；所述第三半导体材料包括铝镓铟磷砷。3.根据权利要求2所述的硅基砷化镓外延结构的制备方法，其特征在于，所述在所述成核层上外延生长第一过渡层，包括：在外延生长过程中，增加铟源的含量，以在所述成核层上外延生长沿远离所述成核层的方向铟组分升高且镓组分降低的第一过渡层。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的硅基砷化镓外延结构的制备方法，其特征在于，所述在所述成核层上外延生长第一过渡层之后，以及在所述第一过渡层上外延生长第二过渡层之前，所述方法包括：在所述第一过渡层上外延生长第三过渡层；其中，所述第二过渡层生长在所述第三过渡层上，所述第三过渡层的材料的晶格常数与砷化镓的晶格常数相等。5.根据权利要求2所述的硅基砷化镓外延结构的制备方法，其特征在于，在所述第一过渡层上外延生长第二过渡层的步骤，包括：随着外延生长过程的进行，降低磷源的通入量，提高砷源的通入量，以得到以下第二过渡层：沿远离所述硅衬底的方向，所述第二过渡层中的磷含量从100％降低至0且砷含量从0增加至100％。6.根据权利要求1所述的硅基砷化镓外延结构的制备方法，其特征在于，所述在所述第二过渡层上外延生长砷化镓层，包括：在所述第二过渡层上外延生长第一砷化镓层；在所述第一砷化镓层上外延生成超晶格层，所述超晶格层包括周期性地交替排布的砷化铝层和第二砷化镓层。7.根据权利要求6所述的硅基砷化镓外延结构的制备方法，其特征在于，所述砷化铝层和所述第二砷化镓层的排布周期为9至11；在所述超晶格层的远离所述第一砷化镓层的一侧排布的是第二砷化镓层。8.根据权利要求6所述的硅基砷化镓外延结构的制备方法，其特征在于，所述砷化铝层2CN115938916A权利要求书2/2页和所述第二砷化镓层的厚度比例范围为(1‑3):1。9.一种硅基砷化镓外延结构，其特征在于，包括：硅衬底；位于所述硅衬底上的成核层，所述成核层的材料包括第一半导体材料；位于所述成核层上的第一过渡层，所述第一过渡层的材料包括第二半导体材料；其中，所述第一半导体材料和所述第二半导体材料均为磷化镓基半导体材料，所述第一半导体材料的晶格常数介于硅的晶格常数和所述第二半导体材料的晶格常数之间，所述第二半导体材料的晶格常数介于所述第一半导体材料的晶格常数和砷化镓的晶格常数之间；位于所述第一过渡层上的第二过渡层，所述第二过渡层的材料包括第三半导体材料；位于所述第二过渡层上的砷化镓层；其