本發(fā)明屬于化合物半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于硅基3c碳化硅的異質(zhì)集成器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、激光雷達(dá)的光束掃描方式，按照是否包含機(jī)械部件可分為：機(jī)械式掃描、混合固態(tài)式掃描及全固態(tài)式掃描?；旌瞎虘B(tài)式激光雷達(dá)包括微機(jī)電系統(tǒng)（microelectromechanicalsystems,?mems）式及棱鏡式。mems激光雷達(dá)是利用尺寸較小的機(jī)電器件代替較大的機(jī)械掃描器件帶動(dòng)內(nèi)置反射鏡的傾斜角度變化從而實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光束指向角度的改變，實(shí)現(xiàn)激光光束對(duì)場景的掃描。mems式激光雷達(dá)一定程度上克服了傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)存在的缺點(diǎn)，具有體積小、功耗低、易于集成等優(yōu)勢(shì)。

2、目前激光雷達(dá)廠商在集成激光器時(shí)，使用的做法是將激光器獨(dú)立封裝，然后通過光纖耦合到硅光芯片上，這種方法被稱為“激光器外置”。而將激光器集成到硅光芯片中去，實(shí)現(xiàn)“激光器內(nèi)置”，是大勢(shì)所趨。然而iii-v（由iii族和v族元素組成的半導(dǎo)體材料）與硅異質(zhì)集成激光器難度高，進(jìn)一步集成mems反射鏡，探測器等非常困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于硅基3c碳化硅的異質(zhì)集成器件及其制備方法，采用了3c-sic-on-si基板作為lidar的單片異質(zhì)異構(gòu)集成平臺(tái)，進(jìn)行不同材料不同器件的異質(zhì)異構(gòu)集成，實(shí)現(xiàn)了lidar裝置小型化/輕量化。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種基于硅基3c碳化硅的異質(zhì)集成器件，包括si襯底、box層、頂層si、3c-sic層、傳感器、gan?hemt、激光器以及mems微振鏡；所述box層敷設(shè)在所述si襯底上，所述box層包括間隔設(shè)置的第一box層和第二box層；所述頂層si包括第一頂層si、第二頂層si，所述第一頂層si和第二頂層si與所述第一box層和第二box層一一對(duì)應(yīng)敷設(shè)；所述3c-sic層包括第一3c-sic層、第二3c-sic層、第三3c-sic層、第四3c-sic層以及第五3c-sic層，所述第一3c-sic層敷設(shè)在所述第一頂層si上，所述第二3c-sic層以及第三3c-sic層間隔敷設(shè)在所述第二頂層si上，第四3c-sic層以及第五3c-sic層間隔敷設(shè)在所述si襯底上，且所述第四3c-sic層以及第五3c-sic層位于所述第一box層和第二box層之間；所述傳感器設(shè)置在所述第二頂層si上，且位于所述第二3c-sic層以及第三3c-sic層之間；所述gan?hemt位于所述第三3c-sic層上；所述激光器位于所述第一3c-sic層上；所述mems微振鏡形成在所述si襯底上，且位于所述第四3c-sic層以及第五3c-sic層之間。

4、優(yōu)選地，還包括光波導(dǎo)，位于所述box層內(nèi)。

5、優(yōu)選地，制備所述光波導(dǎo)的材料為硅或氮化硅。

6、優(yōu)選地，所述box層的厚度為1~3μm。

7、優(yōu)選地，所述頂層si的厚度為100~400nm。

8、優(yōu)選地，所述3c-sic層的厚度為500nm~1μm。

9、優(yōu)選地，所述激光器為iii-v?laser。

10、優(yōu)選地，還包括控制器，設(shè)在所述3c-sic層上。

11、另一方面，本發(fā)明還提供了一種所述的集成器件的制備方法，包括以下步驟：

12、s1、在si襯底依次敷設(shè)box層以及頂層si；

13、s2、在所述頂層si上敷設(shè)所述第一3c-sic層、第二3c-sic層以及第三3c-sic層，在所述si襯底上敷設(shè)所述第四3c-sic層以及第五3c-sic層；

14、s3、在所述第三3c-sic層上設(shè)置所述gan?hemt；

15、s4、在所述si襯底上刻蝕形成所述mems微振鏡；

16、s5、在所述第二頂層si上形成所述傳感器；

17、s6、在所述第一3c-sic層上形成所述激光器。

18、優(yōu)選地，在步驟s2中，3c-sic層中的3c-sic在低于1400℃下合成，通過化學(xué)沉積方法或物理沉積方法直接在si上生長。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

20、本發(fā)明采用3c-sic-on-si基板作為lidar的單片異質(zhì)異構(gòu)集成平臺(tái)，進(jìn)行不同材料不同器件的異質(zhì)異構(gòu)集成，將lidar系統(tǒng)檢測部分：激光輸出部、掃描部、傳感器部等器件集成在單芯片上，實(shí)現(xiàn)lidar裝置小型化/輕量化。3c-sic與si同屬于立方晶系，可以在較低溫度下(低于si熔點(diǎn))合成，是唯一能夠在si基板上生長且性能優(yōu)異的sic晶型，因此3c-sic/si基板替代si基板作為單片集成平臺(tái)較為合適。3c-sic作為第三代半導(dǎo)體sic的晶型結(jié)構(gòu)之一，與其他化合物半導(dǎo)體，如inp、gaas、gan、ga2o3等的失配問題相對(duì)si有所改善，適合集成多元材料。3c-sic具有高導(dǎo)熱性，通過對(duì)3c-sic的布局設(shè)計(jì)可改進(jìn)集成芯片的熱管理能力，此外，3c-sic可抑制原子擴(kuò)散，可利用3c-sic設(shè)計(jì)單片集成的串?dāng)_隔離方案。

技術(shù)特征：

1.一種基于硅基3c碳化硅的異質(zhì)集成器件，其特征在于，包括

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成器件，其特征在于，還包括光波導(dǎo)，位于所述box層內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成器件，其特征在于，制備所述光波導(dǎo)的材料為硅或氮化硅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述box層的厚度為1~3μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述頂層si的厚度為100~400nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述3c-sic層的厚度為500nm~1μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成器件，其特征在于，所述激光器為iii-v?laser。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成器件，其特征在于，還包括控制器，設(shè)在所述3c-sic層上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的集成器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，在步驟s2中，3c-sic層中的3c-sic通過化學(xué)沉積方法或物理沉積方法直接在si上生長。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于硅基3C碳化硅的異質(zhì)集成器件及其制備方法，集成器件包括Si襯底、BOX層、頂層Si、3C?SiC層、傳感器、GaN?HEMT、激光器以及MEMS微振鏡；頂層Si包括第一頂層Si、第二頂層Si；3C?SiC層包括第一3C?SiC層、第二3C?SiC層、第三3C?SiC層、第四3C?SiC層以及第五3C?SiC層；傳感器設(shè)置在第二頂層Si上；GaN?HEMT位于第三3C?SiC層上；激光器位于第一3C?SiC層上；MEMS微振鏡形成在Si襯底上。本發(fā)明采用了3C?SiC?on?Si基板作為LiDAR的單片異質(zhì)異構(gòu)集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了LiDAR裝置小型化/輕量化。

技術(shù)研發(fā)人員：彭若詩,吳陽陽,袁俊,李明哲,徐少東,朱厲陽,郭飛,王寬,陳偉,成志杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北九峰山實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/5