專利名稱:半導體工藝的制作方法
本發明涉及半導體工藝特別是質量傳遞工藝問題。
本發明為半導體器件的制造提供一種質量傳遞工藝，其特征在于在一未密封的坩堝(16，17)里放置要由質量傳遞生長材料的半導體晶片(15)，生長材料的蓋片(18)以及晶狀鹵化堿(20)，然后將未密封的坩堝(16，17)在于一溫度下，在還原氣體中加熱，其時間由所需生長量而定。
下面參考附圖，說明本發明的實施例圖1概要地說明用于本說明的質量傳遞裝置;
圖2說明一傳質工藝埋層異質結構(MTBH)激光器的剖面圖。
圖2所示的MTBH激光器是在n型InP襯底1上形成的多層結構，通過常規液相外延在襯底上形成n型InP層2、未摻雜的GaInAsP有源層3、P型InP層4和P型GaInAsP接觸層5。通過掏蝕工藝，腐蝕兩個細長的(縱向所示的)溝槽6，借以確定臺面7;有源層3在臺面7和肩胛8內的層4下被選擇性地腐蝕，直至臺面內的有源層達到預定寬度和構成有源區9為止，于是層4下因有源層3被選擇腐蝕而產生的凹進處通過傳質工藝由InP填充，用虛線10表示。隨后在整個結構上淀積二氧化硅層11，在臺面頂部的氧化層11上開窗口12，并將此結構金屬化(層13)。圖2所示激光器的結構包含一P型GaInAsP接觸層，而選擇腐蝕可按我們未公開的U、K申請8416412(順序號……)(D.S.O Renner 2)中所述的工藝來進行。另一種方法是P型GaInAsP層5可以省略，P型InP層4擴鋅以改進電接觸。本發明不涉及激光器的結構，而只是采用傳質工藝填充腐蝕凹進處，從而能用某種材料完全包圍有源區9。雖然說明書是專門談MTBH激光器的傳質工藝，但該工藝并不限于此，而是可以用于其它單個的或集成的器件。
用InP+Inl-Xsax Asy Pl-y材料系統制造低閾值半導體激光器是個常規技術，參考實例Z.N.利亞路(Llau)和J.N.沃波爾(Walpole)，APPl、Phys、Lett，40，568(1982)或T.R Chen et al APPL Phys，Lett，41，1115(1982)。這個工藝依據的論據是凸形表面上的蒸汽壓力大于凹形表面上的相應蒸氣壓力，結果在InP情況下可以通過氣相傳遞材料，來填充因有源層被腐蝕而產生的凹進處，該處含有一明顯的凹進曲面，在此面上可以生長材料。
在InP的傳遞中，在氫氣內通過下列可逆過程可以相當快地產生P的氣化和徙動。
然而，In的揮發性是很低的，所以速率的控制是In的氣化和傳遞。可以采用較高的溫度來增加In的傳遞速率，由于溫度超過700℃時，銦的傳遞速率迅速增加，但是半導體材料加高到如此高溫是不利的，特別是因為鋅要從半導體的1P型區擴散，而鋅是提供所需摻雜的。可是，In的傳遞速率也可因系統內存在鹵素而增加，參考實例，A·哈森(Hasson)et al，APPl Phys Lett 43，403(1983)。這里所述的質量傳遞工藝是對已腐蝕的多層晶片結構進行的，該晶片被放在一密封的真空石英管里，此管放入爐內，管軸間的溫度梯度約為2℃cm-1。晶片放在管的冷端，而質量傳遞工藝用的源材料安放在管的熱端。用InP作源材料(～730℃)時，晶片(～690℃)上的腐蝕凹進處一小時內被填滿;但是在源材料的溫度低于690℃時，不發生填充。盡管少量的碘加到源材料InP中可使質量傳遞過程加速而且在600℃左右加熱30分鐘，或充分地填滿凹進處，但是晶片未加保護的區域受到嚴重腐蝕。要減少碘的化學活性，可用InI代替純碘，以致在600℃時，質量傳遞沒有腐蝕，該溫度是所發現的最佳溫度。
我們發現，采用鹵素可不需要使用密封的和抽真空的管。傳質工藝在開管系統中進行。要加工的晶片15(圖1)放在石墨坩堝16里，坩堝有一蓋17，幾乎是但不完全是密封的。晶片15的放置是溝槽(開槽)向下，放在InP蓋片或晶片18上面。坩堝16安放在加工過程中有氫氣流通的管19內，該管及其容質在爐中加熱(圖中未示出)。發現，對于坩堝16內只有晶片15和蓋片18的情況，僅在溫度高于700℃時才發生明顯的質量傳遞。該過程對溫度是很敏感的，而且傳遞速率隨著超過700℃的溫度的增長而迅速增加。在這些條件下，質量傳遞的速率受InP上In低氣壓的限制。
可是當KI顆粒20被引進同一坩堝16而放在石墨柵14下的坩堝凹處時，發現質量傳遞是在600℃這樣低的溫度下發生。然而，單用KI時，凹面上產生明顯的材料生長，而凸面上產生腐蝕，因此平坦表面非常大，至少對MTBH激光器的制造是這樣。在坩堝內與KI一起放入一可控數量的金屬銦21，發現在InP的腐蝕和淀積之間達到準確平衡是可能的。
MTBH激光器工藝的最佳條件是在660℃時得到的，整個溫度周期為兩個小時，與液相外延所用的約650℃的標準溫度正好相近，它是生長晶片各層時所用的溫度，所以后部加工時的溫度是不會影響晶片各層的。參考圖1所述的工藝是獲得質量傳遞的一種簡單而可控的工藝，用來生產閾值電流低于7mA和輸出功率高達35mw的MTBH激光器。
雖然上面談的是用KI顆粒作碘源，但本發明并不認為僅限于此，還可采用其他晶狀鹵化堿來引進鹵素以增加銦的傳遞速率。例如，RbI或CsI都可以采用。在這方面，可以認為任何晶狀鹵化堿都是有用的。
對可能的化學平衡進行熱力學計算表明，不僅H氣而且石墨也起積極作用。已經確識，較重的堿金屬K、Rb和Cs與石墨形成夾雜化合物。這可能是主平衡決定InP的傳遞
權利要求
1.供制造半導體器件用的質量傳遞工藝，其特征是在一未密封的坩堝(16、17)內放置要由質量傳遞生長材料的半導體晶片(15)，生長材料的蓋片(18)和晶狀鹵化堿(20)，然后將未密封的坩堝(16、17)于一溫度下，在還原氣體中加熱，其時間由所需求的生長量而定。
2.如權項1所規定的質量傳遞工藝，其特征在于要生長的材料是InP。
3.如權項1或權項2所規定的質量傳遞工藝，其特征是在于鹵化堿(20)是碘化堿。
4.如以上任何一個權項所規定的一質量傳遞工藝，其特征是在于還原氣體是氫氣。
5.如以上任何一個權項所規定的質量傳遞工藝，其特征在于坩堝(16、17)是石墨做的。
6.如權項2所規定的質量傳遞工藝，其特征在于坩堝(16、17)是石墨做的，還原氣體是氫氣，而且在坩堝(16、17)里放置一定量的金屬銦(21)，用以控制晶片(15)預定范圍內材料的生長與晶片(15)其他范圍內腐蝕之間的平衡。
7.如權項3或權項6所規定的質量傳遞工藝，其特征在于晶狀鹵化堿(20)是KI、RbI、或CsI。
8.如權項2所規定的質量傳遞工藝和用InP/InGaAsP系統制造質量傳遞埋層異質結構激光器所用的質量傳遞工藝，其特征在于鹵化堿(20)是KI，坩堝(16、17)是石墨做的，而且幾乎是但不完全是密封的，以及還原氣體是氫氣。
9.如權項8所規定的質量傳遞工藝，其特征在于坩堝(16、17)內放置一定量的金屬銦，從而控制晶片(15)預定范圍內InP的生長與晶片(15)其它范圍內腐蝕之間的平衡，并且在大約660℃的溫度下，加熱坩堝(16、17)。
專利摘要
用于制造半導體器件特別是但不只是Inp/InGaAsP低閾值半導體激光器的質量傳遞工藝，包括生長材料蓋片(18)靠近要生長材料的半導體晶片(15)的安排，它們與晶狀鹵化堿(20)一起在坩堝(16)內的布置和坩堝的加熱，加熱時在氫氣流中，幾乎是但不完全是密封的。
文檔編號H01L21/02GK85104071SQ85104071
公開日1986年11月26日 申請日期1985年5月28日
發明者彼得·戴維·格林, 丹尼爾·塞吉斯芒多·奧托·倫納 申請人:標準電話電報公共有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan