专利名称：激光电路形成方法以及形成的激光电路的制作方法
技术领域：
本发明总体上讲是涉及用于半导体电子器件的欧姆接触的技术领域，更具体地讲是涉及一种低穿透性的欧姆接触以及形成该欧姆接触的方法，这种欧姆接触提供了一种吸附(gettering)功能来去除半导体器件中的杂质。
近些年，通信系统在全世界各地都已得到发展，这些通信系统利用光纤技术来提高信息传递的速率。对更高信息传递速率的要求给提高包括半导体激光器的设计和制造在内的光电子通信技术的现有技术水平带来了压力。
半导体激光器是光电子通信的能源。它们将电子信号转换成光，光具有特殊的强度和光谱纯度特性，这些特性被设计成允许在光纤网络上传递信息。尽管已有技术的半导体通常大多使用属于元素周期表第IV类中的元素Si和Ge，但诸如金属间化合物之类的其它材料也被发现表现出有益于形成半导体激光器的特性。
现代的半导体激光器是属于精密器件，其中采用许多半导体层来控制电流和光的流动。这种器件可以具有二十个或更多的半导体子结构，并且需要多达4或5个晶体生长步骤。激光器的有源区(其中发生了电子和空穴转换为光子的区域)可由许多被称为量子阱的子结构组成，其中的一些子结构只有10个原子的厚度。
为了提供电能到光能的高转换效率，应当对有源区内的电场进行控制。这就意味着对有源区附近的掺杂剂杂质进行高(精)度控制。杂质被有意地引入到半导体中来改变载流子浓度和控制导电类型，对杂质的控制应当是针对位置和浓度的控制，以达到几个毫微米(nm)的高的空间精度。
接触金属镀敷(金属化)结构(contact metallization)或者激光器的与外部交界用于提供化学阻挡和电接触的部分，在设计时通常比有源区本身受到较少的关注。对接触结构的设计已经停滞了很长时间。然而，近些年，已变得很明显的是，控制掺杂剂向有源区的扩散需要对其它层的厚度和掺杂浓度进行优化。这样又对接触金属镀敷结构或欧姆接触提出了额外的要求。
与半导体器件的欧姆接触是指这样的点，在此，外界以导线中流动的电流的形式来影响半导体。除了很明显的导电功能外，欧姆接触提供了有源区与可能影响器件性能的杂质之间的化学隔离。这些杂质通常是在制造过程中由进一步的器件加工工艺产生的或者在正常使用过程中而产生的。欧姆接触还提供了一条重要路径，用于使热量从有源区逸散出去，并且还可能需要用它们来在器件结合(焊接)过程中提供机械隔离。为了实现这些功能，加到半导体上的接触结构可能由许多层组成，所有这些层相互之间以及与半导体和器件的其它元件之间都应当相容。
在现代的欧姆接触中，欧姆(电阻)功能是由一个或几个金属层来提供的，而其它功能(化学阻挡、机械保护等)是由其它专用于这些目的的层来提供的。“合金(alloyed)”型欧姆金属镀敷结构配方(recipe)加入了诸如金之类的溶剂(solvent)金属，它与半导体和掺杂剂元素强烈反应，例如，对于N型III-V(类)材料掺杂剂元素为Sn或Ge，对于P型材料掺杂剂元素为Be或Zn。溶剂的用途是使半导体分解并形成一种强的物理结合。掺杂剂的用途是提高界面紧邻部分中的受主或施主的浓度，从而减小接触电阻。这种“合金”欧姆接触配方主要设计用来优化接触电阻。
目前许多光电子器件中所用的传统欧姆接触是采用合金欧姆接触配方来制备的并且由Au和Be组成。这种接触是用于P型材料并且由Au和Be的合金组成，这种合金是从混合金属源蒸发为单一薄膜。Au是溶剂，而Be是P型掺杂剂。Au和Be的蒸汽压是相似的，足以允许通过物理蒸发来施加基本恒定成分的材料，物理蒸发通常是在压力低于5×10-7乇的一个真空室中进行的，并且使用一个电子束枪作为能源。AuBe合金通过构图的光致抗蚀剂掩模施加到半导体上，并且当光致抗蚀剂溶解到丙酮中时，过量的金属就被剥离了。随后在350-420摄氏度的温度下AuBe层被退火(加热)，以形成冶金结合，并且在随后的制造步骤中施加其它金属层，以形成保护阻挡和机械结合层。
在整个金属镀敷工艺结束时，在叠层中，金属可包括在7到10个不同的层中厚度达到5个微米。例如，一种典型的金属镀敷结构可以具有这样的序列AuBe\Ti\Pt\Au\Au\Pt\Au(即，首先淀积AuBe，在AuBe上淀积Ti，在Ti上淀积Pt，等等)，其中AuBe层当作与半导体的欧姆接触界面，序列Ti\Pt\Au当作用于化学保护的阻挡金属镀敷结构，序列Au\Pt\Au当作用于机械保护的结合层。希望用Au来作为金属序列的最后一层，它将暴露于空气或加工材料。这是因为Au是最不容易反应的和最容易清洗的。
在半导体和金属层之间，常常施加一层小带隙的晶格匹配的半导体作为最后的“盖层”界面，以减少肖特基势垒高度并进一步有利于接触。在InGaAsP合金系统的情况下，晶格匹配材料是InGaAs。使用InGaAs作为盖层的额外好处在于，对于优选的P掺杂剂Zn，它比InP具有更高的溶解性。
然而，使用InGaAs盖层带来了向半导体的有源区中引入额外的杂质的危险。在有源区附近杂质Zn的无控制的扩散主要发生在InGaAs盖层生长过程中。因此，希望形成盖层所花费的时间最少，由此减小了所需的盖层厚度。在过去，大多数激光器使用500nm厚的盖层。近来，该厚度减少到200nm，并且最近又减少到最小50nm。
因为对减小InGaAs盖层厚度的关注，努力改进的目标就在于制备一种“低穿透性接触(low penetration contact)”，这种接触被设计成与可控的最少量的半导体进行反应。与半导体反应的深度是由与半导体直接相互作用的金属镀敷结构的各层的厚度来控制的。这种概念是指，与半导体结合的金属层的完全反应只消耗少量的半导体盖层材料。为了确保金属的总穿透度保持希望的限度，就有必要在半导体/金属界面上使用非常薄的层。出于对可制造性的考虑，希望这些非常薄的层是由单元素形成的，而不是由合金、混合物或化合物形成的。
已发现传统的AuBe欧姆接触不适合与薄的(大约50nm)InGaAs盖层一起使用。AuBe与盖层的反应深度是很容易变化的，有时会导致AuBe过度地穿透到下面的InP衬底中。因此，通常需要厚度为200nm或更厚的盖层来实现AuBe接触的满意的可靠性。
除了Zn杂质危险外，铜(Cu)对于InGaAsP半导体器件来说是一种更危险的杂质。即使在非常低的浓度下，Cu离子也会通过一种叫做非辐射复合的过程起到电子和空穴的有效破坏者的作用。Cu还会通过半导体迅速地扩散。或者存在于原始的AuBe源材料中或者由于加工步骤的原因，Cu最常被作为杂质引入接触金属镀敷结构中。因此，希望使用不太可能含有Cu杂质的金属镀敷源材料。Cu杂质常常存在于AuBe源金属中，从而降低了最终形成的半导体器件的可靠性，并且在接触形成过程中需要大范围的合金成分控制。这些问题很明显与合金有关；它们在只使用纯金属层的接触配方中不是严重的问题。
在美国专利申请09/017103中提出了一种与薄的InGaAs盖层一起使用的、包含纯金属层的欧姆接触配方，该美国专利申请在此引作参考。在该专利申请中，具有序列Pt\Ti\Pi\Au\Au\Pt\Au的接触金属镀敷结构与III—V(类)半导体器件上的50nm厚的InGaAs盖层一起使用，并进行了测试。这种金属镀敷结构序列用纯金属层序列Pt\Ti\Pi\Au有效地替代了AuBe合金。最终形成的接触显示出优良的接触电阻率，对盖层的反应深度很浅，并且被认为含有极少的杂质。
然而，对该接触金属镀敷结构的详细分析表明，所得到的器件还可进一步改进。二次离子质谱分析(SIMS)和俄歇(Auger)电子光谱分析显示出在合金过程中，InGaAs盖层中的在盖层外延生长过程中作为掺杂剂被有意引入的Zn杂质，没有象传统的AuBe接触的AuBe层中那样发生从p型半导体材料(包括盖层)向上迁移。如果这种金属镀敷结构可以促进Zn向纯金属层的迁移的话，那么就可得到器件可靠性的改进。
因此，就需要有一种与薄的(50nm)InGaAs盖层相容的欧姆接触配方，它含有极少的杂质，呈现最小的电阻率，由能够做成极薄的层的单元素制备，并且能促使器件可靠性能提高。
本发明提供了一种新的欧姆接触金属镀敷结构和方法，该结构和方法利用一个薄的纯金属层与半导体盖层反应来吸附锌和其它填隙杂质。所获得的接触结构呈现出良好的可靠性和电阻率特性，并且通过允许在低穿透性接触结构中使用非常薄的层使得半导体器件的集成度能够更高。
本发明还提供了一种对已有技术的欧姆接触结构设计方案的替换方案。已有技术的接触结构设计主要关注减小接触电阻。本发明提供了一种改进的欧姆接触设计方案，其中主要的设计目标是器件可靠性，而不是最小接触电阻。使用本发明可获得一种欧姆接触金属镀敷结构配方，它显示出改进的可靠性、优良的电阻率和提高的集成度。
本发明上述和其它的特征和优点是通过形成一种多层吸附接触金属镀敷结构(mutlilayer gettering contact metallization)来获得的，这种多层吸附接触金属镀敷结构包括一个在半导体盖层上作为初始层形成的薄金属层，用于俘获杂质、掺杂剂和自填隙子。在接触结构形成过程中，盖层和附近其它层中存在的杂质、自填隙子和其它缺陷扩散到形成接触结构的金属层中，从而防止了进一步迁移到半导体器件的有源区。该接触金属镀敷结构是由纯金属层形成的，这些纯金属层相互之间以及与下面的半导体盖层之间是相容的，这样，反应的深度可最小化(低穿透性)并且可通过所施加的金属层的厚度来控制。薄的半导体盖层，诸如厚度小于200nm的InGaAs盖层，可在本发明中与厚度为10nm或更小的非常薄的纯金属层一起使用，从而使得能够提高半导体光电子器件的集成度。此外，由于在欧姆接触中使用纯金属层，这样在接触形成过程中所引入的杂质要比已有技术的合金接触要少。
从下面参照附图给出的本发明优选实施例的详细说明中，本发明的上述和其它的优点和特征将会变得更清楚，附图中
图1是一种电吸收调制激光器(EML)的局部剖视图，该EML具有根据本发明所形成的接触金属镀敷结构；图2是根据本发明的形成多层接触金属镀敷结构的方法的方框图；图3是一个半导体结构的局部剖视图，它处于根据本发明形成多层接触金属镀敷结构的初期阶段；图4是图3的结构的局部剖视图，它处于随后的形成阶段；图5是图3和4的结构的局部剖视图，它处于随后的形成阶段；图6是图3—5的结构的局部剖视图，它处于随后的形成阶段；图7是性能降低速率的曲线图，用于比较已有技术的老化特性和根据本发明形成的多层接触金属镀敷结构的老化特性；图8是根据本发明形成的一种光电子通信系统的示意图。
在下面的说明中，参照本发明的一个实施例中所用的示例性材料和采用该实施例所形成的示例性器件。然而，本领域的普通技术人员将会理解，也可以使用其它材料，并且采用本发明的教导可以构成其它器件。特别是，本发明中所用的材料不局限于所述的化合物半导体，也可以包括非化合物半导体或者由其它的元素组合所形成的化合物半导体，诸如元素周期表的第II和第IV列中的那些元素的组合所形成的化合物半导体。同样，可包含本发明的器件并不局限于光电子发射器，而是也可以包括光电子吸收器或接收器、调制器或者任何其它受益于集成度提高和可靠电子连接的半导体器件。
图1显示出一个带有接触金属(镀敷结构)部分24的电吸收调制激光器(EML)10。接触金属部分24形成于在介电阻挡层38中蚀刻出的通孔中，介电阻挡层38先期淀积在半导体盖层(cap layer)26上。半导体盖层26形成在覆层(cladding layer)28上，覆层28又形成在缓冲层32上。在上述层的下面是半导体衬底34。EML10通常按各部分来描述，这些部分包括分布反馈激光器(DFB)部分12、沟槽14以及电吸收(EA)调制部分16。DFB激光器部分12包括多量子阱(MQW)层22和无源波导(光栅)18。EA调制部分16包括有源调制层36。
当超过阈电平(Ith)的电流施加到接触金属部分24时，有源MQW层22就将载荷子转换成光子，从而将输入电功率转换成输出光功率。无源波导18随后将光功率传送到EA调制部分16。通过调整空腔或沟槽14中的电场来改变从光子吸收的功率量，EA调制部分16对输出的光功率进行控制。经调制的光信号从调制器的侧面(facet)出来并被耦合到一个通信系统的光纤链路上(图1中未显示；参照例如图8)。
接触金属部分24通常是在图1所示的EML10的其它元件之后形成的。在接触金属部分24形成以前，通过本领域中公知的半导体形成工艺来形成EML10的其它部分。因为接触金属部分24的形成会引入杂质和其它降低EML10性能的缺陷，所以接触形成工艺应该设计成使杂质的引入或扩散达到最小程度。
本发明的接触形成工艺在图2中进行说明。该方法从在Epi3生长步骤132中形成半导体盖层26(见图1)开始。盖层26(见图1)是由一种小带隙半导体形成的，优选InGaAs，并且最好是掺杂锌，以提高其电导率并因此降低电阻率。盖层26也可用其它能提高电导率的掺杂剂来掺杂，比如碳。
盖层是外延生长的并且与下面的半导体层晶格匹配。介电阻挡层38(见图1)在氧化物淀积步骤134中形成在盖层26(见图1)上面。介电阻挡层38可以由一种能保护下面的盖层26的绝缘材料形成，比如氧化物或氮化物。
随后在光致抗蚀剂构图步骤136中，施加一种光致抗蚀剂，它用作一个掩模只暴露金属部分24。在光致抗蚀剂被构图和曝光后，用显影剂来去除光致抗蚀剂的曝光区域，并通过随后的等离子体去浮渣步骤138来去除保留在不必要区域的很小量的抗蚀剂。随后在金属镀敷之前的蚀刻步骤142中，位于暴露区域下面的介电阻挡层38被蚀刻，从而暴露出金属部分24中的半导体盖层26。
接触金属镀敷结构的纯金属层是在蒸发步骤144中形成的，并且当剩余的光致抗蚀剂溶解到丙酮中时，任何过量的金属都会在剥离(liftoff)步骤146中被剥离。最后，在合金步骤148中晶片被加热或退火，以促进纯金属层与盖层26的反应。在步骤144中纯金属层的形成和随后的热处理将在图3—6中进行更详细的说明。
图3—6显示出在制造过程中接触金属部分24(见图1)的局部剖视图。图3显示出对应于图1中在接触金属镀敷结构两个位置处的剖面线3—3的局部剖视图。参照图3，半导体盖层26形成于半导体材料的多层结构154上，这个多层结构可能代表不同的半导体层序列，它取决于具体是图1所示的两个金属部分24中的哪一个。不管是哪个金属部分24，在其上所形成的金属镀敷结构序列都是相同的，如下所述。清洁表面156是由金属镀敷之前的蚀刻步骤142(见图2)所获得的，并且是其上形成纯金属层的表面，如图4所示。
盖层26包含有杂质、掺杂剂和点缺陷，包括“自填隙子”缺陷，其中部分是有意添加的，目的是降低电阻率和提高电导率。晶体结构中的“自填隙子”缺陷是在晶格中离开其平衡位置的位置上的一个原子或原子的组合。自填隙子可以与锌或其它杂质交换位置，因此代表了一种会发生的潜在缺陷。自填隙子被认为是半导体器件性能降低的原因。
参照图4，多层吸附接触金属镀敷结构160是由金属(镀敷)层162、164、166和168以及半导体盖层26的一部分形成的。多层半导体结构154被显示位于该接触金属镀敷结构的下面。多层吸附接触金属镀敷结构160是通过如下步骤制备的在盖层26上形成第一金属(镀敷)层168，在第一金属层168上形成第二金属(镀敷)层166，在第二金属层166上形成第三金属(镀敷)层164，并且在第三金属层164上形成第四金属(镀敷)层162。
在一个优选实施例中，第一金属层168是由纯金(Au)以大约1nm到11nm的厚度来形成的，第二金属层166是由诸如纯钛(Ti)之类的低电负性金属以大约30nm到70nm的厚度来形成的，第三金属层164是由诸如铂(Pt)之类的高电负性金属以大约30nm到70nm的厚度来形成的，第四金属层162是由纯金(Au)以大约50nm到300nm的厚度来形成的。
在可替换的实施例中，第二金属层166可由任何低电负性金属形成，而第三金属层164可由任何高电负性金属形成。正如前面引作参考的美国专利申请09/017103中更详细地论述的，“低电负性”金属趋向于与“高电负性”金属形成强的结合，并且这种结合提供了改善的保护以抵抗缺陷、杂质和自填隙子的扩散。典型的高电负性金属包括铂、钯和铑。典型的低电负性金属包括钛、铪、锆、钪、镧和铈。
金属层162、164、166和168优选通过电子束蒸发来形成。晶片被放置在压力低于5x10-7乇的真空室中，并且所有四个金属层162、164、166和168是在不破坏真空的情况下在单一蒸发过程中顺序地涂覆的。金属层162、164、166和168是采用电子束枪作为能源从对应于每个层的纯金属源通过物理蒸发涂覆的。在金属层162、164、166和168形成以后，多层吸附接触金属镀敷结构160就被加热或退火，以加速金属层164、166和168互相之间以及与盖层26的一部分之间的合金反应，从而获得了下面参照图5所描述的结构。
合金步骤148(见图2)包括将金属部分24(见图1)或者整个EML10加热到足以引起金属层168、166和164互相之间以及与盖层26之间的反应的温度。该合金步骤148也被称作对金属层“退火”。在使用纯金属序列Au\Ti\Pt\Au分别作为金属层168、166、164和162的实施例中，并且当掺杂锌的InGaAs作为半导体盖层26(即，p型接触)时，晶片被加热到350摄氏度，时间为大约0.25到7分钟。为在以后实现n型接触合金化，这个加热周期可以重复。在后面的结合和封装操作中，可执行一个额外的加热步骤，其中晶片被加热到360摄氏度达4分钟。本发明的低穿透性接触的一个优点在于，对于其电特性和可靠性而言，在初始的合金中形成的p型接触是稳定的，甚至在以后的加热和制造步骤中也是如此。
正如目前所理解的，金属层162、164、166和168相互之间以及与盖层26之间进行化学反应。然而，本发明不需要被任何理论所限制，并且任何其它机理都可以与本发明的装置和方法相容。在以上和以下的论述中，都会相应地涉及到一个反应(过程)。
图5显示出在合金步骤148(见图2)以及金属层164、166和168相互之间及其与盖层26之间的化学反应之后所产生的结构。正如目前所理解的，这个反应得到了邻接盖层26形成的第一反应层176、邻接第一反应层176形成的第二反应层174以及邻接第二反应层174形成的第三反应层172。盖层26以及第二、第三金属层166和164是以减小的厚度示出的，用以显示这些层的一部分的反应消耗。这些层26、166、164的未反应消耗的部分保持合金步骤148前的各自相应位置。第四金属层162没有与下面的层反应，并具有一个外表面161，该表面暴露着以供形成诸如化学阻挡层或机械保护层之类的其它接触金属镀敷层，正如下面参照图6所描述的。
反应层172、174和176是通过金属层168、166和164互相之间以及与盖层26之间的反应来形成的。在本发明的一个实施例中，第一金属层168与盖层26反应，并可与第二金属层166反应。第二金属层166可与金属层168、盖层26和第三金属层164反应。第三金属层164可与第二金属层166反应。上述反应导致了反应层176、174和172的形成，这几个不同的层只是在高倍放大(即，使用透射电子显微镜或类似仪器)的情况下才可分辨。对于采用InGaAs作为盖层26并且采用Au\Ti\Pt\Au作为相应金属层168、166、164和162的序列的实施例，第一反应层176可至少包含Ti和As，第二反应层174可至少包含In、Au和As，第三反应层172可至少包含Ti、Ga和Au。
应当指出的是，参与反应的各层的金属在反应后有可能迁移到新的位置。在反应中该层被完全消耗时，这就可能发生。例如，在上述的示例性实施例中，在合金步骤148后，Au只包含在不与盖层26接触的层中，但Au最初是直接淀积在盖层26上的。
与金属层168、166反应的盖层26的量决定了所形成的接触是“高穿透性”接触还是“低穿透性”接触。参与反应的盖层26(的量)越多，穿透性就越高。向盖层26中的过度穿透是不希望的，因为如果盖层26形成得太薄，就会导致半导体层1 54的污染并且会对器件的可靠性带来不利影响。然而，一些金属镀敷结构的穿透性要比其它的(金属镀敷结构)低，由此可以确定对应于每种金属镀敷结构配方(metallization recipe)的大致的最小盖层厚度。例如，已有技术的AuBe金属镀敷结构要比本发明的金属镀敷结构的穿透性高。可靠的AuBe接触需要至少200nm厚的盖层26。作为比较，采用Au\Ti\Pt\Au金属镀敷结构配方已形成了与50nm厚的盖层26的可靠接触。反应时间和温度的仔细控制也有助于控制盖层26的穿透。
在金属层164、166和168互相之间以及与盖层26之间进行反应期间，在盖层26和其它附近的层中的可移动杂质和自填隙子扩散到反应层中并且被反应层俘获。由于反应层的俘获作用，杂质和自填隙子就朝向反应层迁移并移出半导体盖层26和下面的半导体层154。任何以后的加热步骤也都有利于这个迁移过程，但在合金步骤148(见图2)中的初始反应之后，这些以后的步骤是不需要的。可移动杂质和自填隙子的这种迁移被称为“吸附”，并且有助于提高器件的性能。多层吸附接触金属镀敷结构160的吸附特性提高了接触可靠性，并降低了根据本发明所形成的半导体器件的制造变异性。
另外，在以上的论述中，所涉及的反应应当被认为是基于目前所理解的形成理论。然而，本发明不需要被任何理论所限制，任何其它机理都可与本发明的装置和方法相容。在上面和下面的论述中，相应地都应涉及到一个反应(过程)。
在多层吸附接触金属镀敷结构160形成之后，在它上面淀积几个额外的金属层。图6显示出最终的金属镀敷结构200，它包括多层吸附接触金属镀敷结构160和一个阻挡金属镀敷结构210以及一个机械/结合金属镀敷结构220。阻挡金属镀敷结构210可以由金属层212、214、216形成，这些金属层提供了下面的有源区与由于进一步的加工或正常使用所产生的杂质的化学隔离。特别是，阻挡金属镀敷结构210可由能够阻止诸如锡、铜或镍之类的结合金属扩散到器件中同时能够阻止诸如铟之类的半导体原子扩散到器件外的材料来形成。对于Au\Ti\Pt\Au接触金属镀敷结构而言，一种典型的阻挡金属镀敷结构是分别对应于层216、214、212的Ti\Pt\Au(配方)。
机械/结合金属镀敷结构220是由金属层222、224、226形成的，这些层在用于电连接的结合工艺中对下面的层提供了机械隔离。特别是，机械/结合金属镀敷结构优选由能够吸收结合应力和能够阻止焊料穿透到下面的层中的材料来形成。通常采用一个金层作为顶部的机械/结合层222，它将暴露于空气或加工材料，因为它是最不容易反应的和最容易清洗的金属。对于Au\Ti\Pt\Au接触金属镀敷结构和Ti\Pt\Au阻挡金属镀敷结构，一种典型的结合金属镀敷结构是分别对应于层226、224、222的Au\Pt\Au(配方)。除了化学和机械隔离外，由接触金属镀敷结构160、阻挡金属镀敷结构210和机械/结合金属镀敷结构220组成的结构还提供了一条路径，用于让热量从下面的半导体154的有源区中逸散出去。
图7显示出对已有技术的AuBe接触金属镀敷结构和本发明的Au\Ti\Pt\Au接触金属镀敷结构进行的老化试验的结果。曲线上的每个点代表一个EML半导体激光器10(见图1)，它们在加速老化环境中进行试验，以确定激光器的性能降低速率。这是通过将器件置于较高温度(100摄氏度)和比实际使用条件具有更大应力的偏置条件下来完成的。EML DFB激光器部分(见图1)正向偏置来维持200mA的电流，而调制器部分保持在-5.0V的反向偏置。激光器的性能降低是通过周期性地降低温度和测量固定电流条件下的光输出来监测的。
图7中的y轴代表每个激光器的性能降低速率，单位是每千小时(Khr)的性能降低百分比(％)。x轴代表与试验样品的标准正态值的偏差(图的底部)或者样品中呈现这种性能降低特性的激光器的等效百分比(图的顶部)。数据动向曲线(data trends)186和188代表用已有技术的AuBe接触金属镀敷结构构成的激光器，而数据动向曲线182和184代表用根据本发明的具有Au\Ti\Pt\Au序列的多层吸附接触金属镀敷结构160(见图5)所构成的激光器。
参照图7所示的y轴，性能降低速率越低越好，因而本发明的数据动向曲线182和184显示出优于已有技术的性能降低速率动向曲线186和184的改进。具有本发明的接触金属镀敷结构的激光器的性能降低速率中值处于大约2.12和2.94％Khr之间，而已有技术的激光器的性能降低速率中值处于大约17.3和19.59％Khr之间。本发明在性能降低速率方面提供了很大的改进。
因此，本发明的接触金属镀敷结构通过其使用薄的金属镀敷层及其与薄的半导体盖层的相容性，提高了下面的半导体的集成度，呈现出如上所述的改进的可靠性，并且具有合适的低接触电阻。例如，对于一个掺杂锌的盖层，所得到的器件呈现出与已有技术的AuBe接触结构相当的接触电阻。接触电阻是由盖层中的有源掺杂剂的浓度来控制的，并且如果使用诸如碳之类的低扩散掺杂剂来代替锌，接触电阻可进一步减小。
图8显示出根据本发明构成的一个示例性的通信系统250。通信系统250包括一个半导体激光器252、一个激光信号接收器256以及一个光纤链路254。半导体激光器252包括如上所述的多层吸附接触金属镀敷结构。系统250是通过从激光器252经由光纤链路254(充当一个管路)向接收器256发送通信数据来工作的。要发送的数据在激光器252中从电信号转换成光子，光子通过光纤链路254移动到接收器256，接收器256再将光子转换成电信号。
尽管已结合当前所知的优选实施例对本发明进行了详细说明，但应当很容易地理解的是，本发明不局限于所公开的实施例。而是本发明可进行修改而引入尚未描述的任何数量的变化、更改、置换或等同结构，但这些修改内容应该与本发明的精神和范围相吻合。相应地，本发明不能被视为受上述说明的限制，而是仅仅受所附权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种多层吸附接触金属镀敷结构，包括一个半导体盖层；和一个在所述盖层上形成的低穿透性电接触结构，它包括多个金属层，至少其中一个层与所述盖层反应，以从所述盖层中去除可移动杂质和自填隙子。
2.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述金属层是退火层。
3.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述金属层是电子束蒸镀层。
4.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述盖层是掺杂锌的化合物半导体。
5.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述盖层是掺杂碳的化合物半导体。
6.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂锌。
7.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂碳。
8.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述盖层具有的厚度在大约30nm和500nm之间。
9.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述盖层具有的厚度大于约30nm并且小于约200nm。
10.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述盖层具有的厚度为大约50nm。
11.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述多个金属层包括至少一个金层、至少一个低电负性金属层和至少一个高电负性金属层。
12.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述多个金属层包括在所述盖层上由金形成的第一层、在所述第一层上由钛形成的第二层、在所述第二层上由铂形成的第三层和在所述第三层上由金形成的第四层。
13.根据权利要求12的接触金属镀敷结构，其中，所述第一层与所述盖层反应，并且所述第二层与所述盖层、所述第一层和所述第三层反应。
14.根据权利要求12的接触金属镀敷结构，其中，所述第一层的厚度为大约1nm到11nm，所述第二层的厚度为大约30nm到70nm，所述第三层的厚度为大约30nm到70nm，所述第四层的厚度为大约50nm到300nm。
15.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述盖层与所述的至少一个金属层反应，由此所述多个金属层包括第一层和第二层，第一层至少含有金和铟，第二层至少含有钛和金。
16.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述可移动杂质包括锌。
17.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述自填隙子包括铟原子或镓原子。
18.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，其中，所述可移动杂质和自填隙子包括从下列元素组中选出的至少一种元素的原子铜、锌、铟和镓。
19.根据权利要求1的接触金属镀敷结构，还包括一个在所述多个金属层上形成的阻挡金属镀敷结构，它包括由低电负性金属构成的第一阻挡层、由高电负性金属构成的第二阻挡层以及由金构成的第三阻挡层。
20.根据权利要求19的接触金属镀敷结构，还包括一个在所述阻挡金属镀敷结构上形成的结合金属镀敷结构，它包括由金构成的第一结合层、由铂构成的第二结合层以及由金构成的第三结合层。
21.一种光电子集成电路，包括一个半导体器件，它包括多个半导体器件层；和至少一个多层吸附接触金属镀敷结构，它形成在所述的多个器件层上，并且包括一个半导体盖层；一个低穿透性电接触结构，它形成在所述盖层上，并且包括多个金属层，至少其中之一与所述盖层反应，以从所述盖层中去除可移动杂质和自填隙子。
22.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述金属层是退火层。
23.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述金属层是电子束蒸镀层。
24.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述盖层是掺杂锌的化合物半导体。
25.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述盖层是掺杂碳的化合物半导体。
26.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂锌。
27.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂碳。
28.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述盖层具有的厚度在大约30nm和500nm之间。
29.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述盖层具有的厚度大于约30nm并且小于约200nm。
30.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述盖层具有的厚度为大约50nm。
31.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述多个金属层包括至少一个金层、至少一个低电负性金属层和至少一个高电负性金属层。
32.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述多个金属层包括在所述盖层上由金形成的第一层、在所述第一层上由钛形成的第二层、在所述第二层上由铂形成的第三层以及在所述第三层上由金形成的第四层。
33.根据权利要求32的光电子集成电路，其中，所述第一层与所述盖层反应，并且所述第二层与所述盖层、所述第一层和所述第三层反应。
34.根据权利要求32的光电子集成电路，其中，所述第一层的厚度为大约1nm到11nm，所述第二层的厚度为大约30nm到70nm，所述第三层的厚度为大约30nm到70nm，所述第四层的厚度为大约50nm到300nm。
35.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述盖层与所述的至少一个金属层反应，由此所述多个金属层包括第一层和第二层，第一层至少含有金和铟，第二层至少含有钛和金。
36.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述可移动杂质包括锌。
37.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述自填隙子包括铟原子或镓原子。
38.根据权利要求21的光电子集成电路，其中，所述可移动杂质和自填隙子包括从下列元素组中选出的至少一种元素的原子铜、锌、铟和镓。
39.根据权利要求21的光电子集成电路，还包括一个在所述多个金属层上形成的阻挡金属镀敷结构，它包括由低电负性金属构成的第一阻挡层、由高电负性金属构成的第二阻挡层以及由金构成的第三阻挡层。
40.根据权利要求39的光电子集成电路，还包括一个在所述阻挡金属镀敷结构上形成的结合金属镀敷结构，它包括由金构成的第一结合层、由铂构成的第二结合层以及由金构成的第三结合层。
41.一种多量子阱半导体激光器，包括一个多量子阱半导体器件，它包括多个半导体器件层，和至少一个多层吸附接触金属镀敷结构，它形成在所述的多个半导体器件层上，并且包括一个半导体盖层；一个低穿透性电接触结构，它形成在所述盖层上，并且包括多个金属层，至少其中一个层与所述盖层反应，以从所述盖层中去除可移动杂质和自填隙子。
42.根据权利要求41的激光器，其中，所述金属层是退火层。
43.根据权利要求41的激光器，其中，所述金属层是电子束蒸镀层。
44.根据权利要求41的激光器，其中，所述盖层是掺杂锌的化合物半导体。
45.根据权利要求41的激光器，其中，所述盖层是掺杂碳的化合物半导体。
46.根据权利要求41的激光器，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂锌。
47.根据权利要求41的激光器，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂碳。
48.根据权利要求41的激光器，其中，所述盖层具有的厚度在大约30nm和500nm之间。
49.根据权利要求41的激光器，其中，所述盖层具有的厚度大于约30m并且小于约200nm。
50.根据权利要求41的激光器，其中，所述盖层具有的厚度为大约50nm。
51.根据权利要求41的激光器，其中，所述多个金属层包括至少一个金层、至少一个低电负性金属层以及至少一个高电负性金属层。
52.根据权利要求41的激光器，其中，所述多个金属层包括在所述盖层上由金形成的第一层、在所述第一层上由钛形成的第二层、在所述第二层上由铂形成的第三层以及在所述第三层上由金形成的第四层。
53.根据权利要求52的激光器，其中，所述第一层与所述盖层反应，并且所述第二层与所述盖层、所述第一层和所述第三层反应。
54.根据权利要求52的激光器，其中，所述第一层的厚度为大约1nm到11nm，所述第二层的厚度为大约30nm到70nm，所述第三层的厚度为大约30nm到70nm，所述第四层的厚度为大约50nm到300nm。
55.根据权利要求41的激光器，其中，所述盖层与所述的至少一个金属层反应，由此所述多个金属层包括第一层和第二层，第一层至少含有金和铟，第二层至少含有钛和金。
56.根据权利要求41的激光器，其中，所述可移动杂质包括锌。
57.根据权利要求41的激光器，其中，所述自填隙子包括铟原子或镓原子。
58.根据权利要求41的激光器，其中，所述可移动杂质和自填隙子包括从下列元素组中选出的至少一种元素的原子铜、锌、铟和镓。
59.根据权利要求41的激光器，还包括一个在所述多个金属层上形成的阻挡金属镀敷结构，它包括由低电负性金属构成的第一阻挡层、由高电负性金属构成的第二阻挡层以及由金构成的第三阻挡层。
60.根据权利要求59的激光器，还包括一个在所述阻挡金属镀敷结构上形成的结合金属镀敷结构，它包括由金构成的第一结合层、由铂构成的第二结合层以及由金构成的第三结合层。
61.一种电吸收调制激光器(EML)，包括一个电吸收调制半导体器件，它包括多个半导体器件层；和至少一个多层吸附接触金属镀敷结构，它形成在所述的多个半导体器件层上，并且包括一个半导体盖层；一个低穿透性电接触结构，它形成在所述盖层上，并且包括多个金属层，至少其中一个与所述盖层反应，以从所述盖层中去除可移动杂质和自填隙子。
62.根据权利要求61的激光器，其中，所述金属层是退火层。
63.根据权利要求61的激光器，其中，所述金属层是电子束蒸镀层。
64.根据权利要求61的激光器，其中，所述盖层是掺杂锌的化合物半导体。
65.根据权利要求61的激光器，其中，所述盖层是掺杂碳的化合物半导体。
66.根据权利要求61的激光器，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂锌。
67.根据权利要求61的激光器，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂碳。
68.根据权利要求61的激光器，其中，所述盖层具有的厚度在大约30nm和500nm之间。
69.根据权利要求61的激光器，其中，所述盖层具有的厚度大于约30nm并且小于约200nm。
70.根据权利要求61的激光器，其中，所述盖层具有的厚度为大约50nm。
71.根据权利要求61的激光器，其中，所述多个金属层包括至少一个金层、至少一个低电负性金属层以及至少一个高电负性金属层。
72.根据权利要求61的激光器，其中，所述多个金属层包括在所述盖层上由金形成的第一层、在所述第一层上由钛形成的第二层、在所述第二层上由铂形成的第三层以及在所述第三层上由金形成的第四层。
73.根据权利要求72的激光器，其中，所述第一层与所述盖层反应，并且所述第二层与所述盖层、所述第一层和所述第三层反应。
74.根据权利要求72的激光器，其中，所述第一层的厚度为大约1nm到11nm，所述第二层的厚度为大约30nm到70nm，所述第三层的厚度为大约30nm到70nm，所述第四层的厚度为大约50nm到300nm。
75.根据权利要求61的激光器，其中，所述盖层与所述的至少一个金属层反应，由此所述多个金属层包括第一层和第二层，第一层至少含有金和铟，第二层至少含有钛和金。
76.根据权利要求61的激光器，其中，所述可移动杂质包括锌。
77.根据权利要求61的激光器，其中，所述自填隙子包括铟原子或镓原子。
78.根据权利要求61的激光器，其中，所述可移动杂质和自填隙子包括从下列元素组中选出的至少一种元素的原子铜、锌、铟和镓。
79.根据权利要求61的激光器，还包括一个在所述多个金属层上形成的阻挡金属镀敷结构，它包括由低电负性金属构成的第一阻挡层、由高电负性金属构成的第二阻挡层以及由金构成的第三阻挡层。
80.根据权利要求79的激光器，还包括一个在所述阻挡金属镀敷结构上形成的结合金属镀敷结构，它包括由金构成的第一结合层、由铂构成的第二结合层以及由金构成的第三结合层。
81.一种光电子通信系统，包括一个半导体激光器；一个光电子接收器；和一个连接所述激光器和所述接收器的光链路，其中，所述激光器、所述链路和所述接收器中的至少一个包括一个多层吸附接触金属镀敷结构，该多层吸附接触金属镀敷结构包括一个半导体盖层；和一个低穿透性电接触结构，它形成在所述盖层上，并且包括多个金属层，至少其中一个与所述盖层反应，以从所述盖层中去除可移动杂质和自填隙子。
82.根据权利要求81的系统，其中，所述金属层是退火层。
83.根据权利要求81的系统，其中，所述金属层是电子束蒸镀层。
84.根据权利要求81的系统，其中，所述盖层是掺杂锌的化合物半导体。
85.根据权利要求81的系统，其中，所述盖层是掺杂碳的化合物半导体。
86.根据权利要求81的系统，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂锌。
87.根据权利要求81的系统，其中，所述盖层是包括铟、镓和砷的化合物半导体，并且掺杂碳。
88.根据权利要求81的系统，其中，所述盖层具有的厚度在大约30nm和500nm之间。
89.根据权利要求81的系统，其中，所述盖层具有的厚度大于约30nm并且小于约200nm。
90.根据权利要求81的系统，其中，所述盖层具有的厚度为大约50nm。
91.根据权利要求81的系统，其中，所述多个金属层包括至少一个金层、至少一个低电负性金属层以及至少一个高电负性金属层。
92.根据权利要求81的系统，其中，所述多个金属层包括在所述盖层上由金形成的第一层、在所述第一层上由钛形成的第二层、在所述第二层上由铂形成的第三层以及在所述第三层上由金形成的第四层。
93.根据权利要求92的系统，其中，所述第一层与所述盖层反应，并且所述第二层与所述盖层、所述第一层和所述第三层反应。
94.根据权利要求92的激光器，其中，所述第一层的厚度为大约1nm到11nm，所述第二层的厚度为大约30nm到70nm，所述第三层的厚度为大约30nm到70nm，所述第四层的厚度为大约50nm到300nm。
95.根据权利要求81的系统，其中，所述盖层与所述的至少一个金属层反应，由此所述多个金属层包括第一层和第二层，第一层至少含有金和铟，第二层至少含有钛和金。
96.根据权利要求81的系统，其中，所述可移动杂质包括锌。
97.根据权利要求81的系统，其中，所述自填隙子包括铟原子或镓原子。
98.根据权利要求81的系统，其中，所述可移动杂质和自填隙子包括从下列元素组中选出的至少一种元素的原子铜、锌、铟和镓。
99.根据权利要求81的系统，还包括一个在所述多个金属层上形成的阻挡金属镀敷结构，它包括由低电负性金属构成的第一阻挡层、由高电负性金属构成的第二阻挡层以及由金构成的第三阻挡层。
100.根据权利要求99的系统，还包括一个在所述阻挡金属镀敷结构上形成的结合金属镀敷结构，它包括由金构成的第一结合层、由铂构成的第二结合层以及由金构成的第三结合层。
101.一种在具有一个盖层的激光半导体器件中制造多层吸附接触金属镀敷结构的方法，包括以下步骤在所述盖层上形成一个介电阻挡层；根据一个图形去除所述介电阻挡层的部分，以暴露所述盖层的部分；在所述暴露的盖层部分上形成多个纯金属层，至少其中一个纯金属层能够吸附所述盖层中存在的可移动杂质和自填隙子；和加热所述的多个纯金属层，使至少所述盖层中的可移动杂质和自填隙子被吸附到所述的多个纯金属层中。
102.根据权利要求101的方法，其中，所述的形成所述介电阻挡层的步骤包括使用氧化物或氮化物来形成所述的阻挡层。
103.根据权利要求101的方法，其中，所述的形成所述纯金属层的步骤包括在真空中的电子束蒸发。
104.根据权利要求101的方法，其中，所述的加热步骤包括在大约350摄氏度的温度下加热所述纯金属层约0.25到7分钟的时间。
105.根据权利要求101的方法，其中，所述的形成所述纯金属层的步骤包括形成至少一个金层、至少一个低电负性金属层以及至少一个高电负性金属层。
106.根据权利要求101的方法，其中，所述的形成所述纯金属层的步骤包括在所述盖层上由金形成第一层、在所述第一层上由钛形成第二层、在所述第二层上由铂形成第三层以及在所述第三层上由金形成第四层。
107.根据权利要求106的方法，其中，所述第一层与所述盖层反应，并且所述第二层与所述盖层、所述第一层和所述第三层反应。
108.根据权利要求106的方法，其中，所述第一层的厚度为大约1nm到11nm，所述第二层的厚度为大约30nm到70nm，所述第三层的厚度为大约30nm到70nm，所述第四层的厚度为大约50nm到300nm。
109.根据权利要求101的方法，其中，所述盖层与所述多个金属层发生反应，以至少形成第一层和第二层，所述第一层至少包含金和铟，所述第二层至少含有钛和金。
110.根据权利要求101的方法，其中，所述金属层与所述盖层的控制量反应，所述控制量由在所述盖层上形成的所述金属层的厚度、所述金属层被加热的时间以及所述金属层被加热的温度来确定。
111.根据权利要求101的方法，其中，所述加热步骤使至少包括锌的可移动杂质被吸附。
112.根据权利要求101的方法，其中，所述加热步骤使至少包括铟原子或镓原子的自填隙子被吸附。
113.根据权利要求101的方法，其中，所述加热步骤使所述可移动杂质和自填隙子被吸附，所述可移动杂质和自填隙子包括从下列元素组中选出的至少一种元素的原子铜、锌、铟和镓。
114.根据权利要求101的方法，还包括在所述多个金属层上形成一个阻挡金属镀敷结构，所述阻挡金属镀敷结构包括由低电负性金属构成的第一阻挡层、由高电负性金属构成的第二阻挡层以及由金构成的第三阻挡层。
115.根据权利要求114的方法，还包括在所述阻挡金属镀敷结构上形成一个结合金属镀敷结构，所述结合金属镀敷结构包括由金构成的第一结合层、由铂构成的第二结合层以及由金构成的第三结合层。
全文摘要
利用在半导体盖层上形成的薄的纯金属层作为初始层,本发明提供了多层吸附接触金属镀敷结构的新的接触结构和方法。在接触结构的形成过程中,这个薄金属层与盖层发生反应,并且所形成的反应层俘获在盖层内和附近的金属层中扩散的可移动杂质和自填隙子,从而防止了进一步迁移到半导体器件的有源区。该接触金属镀敷结构是由纯金属层形成的,这些纯金属层相互之间以及与下面的半导体盖层之间是相容的,这样,反应的深度可最小化并且可通过所施加的金属层的厚度来控制。薄的半导体盖层,诸如厚度小于200nm的InGaAs盖层,可在本发明中与厚度为10nm或更小的非常薄的纯金属层一起使用,从而使得能够提高半导体光电子器件的集成度。此外,由于在欧姆接触中使用纯金属层,这样在接触形成过程中所引入的杂质要比已有技术的合金接触要少。
文档编号H01L21/28GK1332473SQ0111784
公开日2002年1月23日 申请日期2001年4月7日 优先权日2000年4月7日
发明者G·E·小得基茨, W·R·亥福纳, P·帕瑞延斯尔, P·J·卡罗尔, R·C·穆萨阿 申请人:阿吉尔系统光电子学监护股份有限公司