专利名称：：液相外延等电子掺杂工艺的制作方法
技术领域：
：本发明属于用于电子器件制备的液相外延工艺，特别涉及一种液相外延等电子掺杂工艺。目前，在电子器件的生产中，总希望利用位错密度很低的优质砷化镓单晶片，但这种单晶成品率很低，致使大量的单晶片不能为制造电子器件所利用。因此，提高砷化镓单晶的拉制技术是提高砷化镓单晶片质量的一个途径。JP58-209109专利文献中描述了一种化合物半导体晶体生长工艺。JP60-210599专利文献中也描述了砷化镓半导体晶体的生长方法。但它们都是描述一种用于生长液相外延衬底的优质砷化镓体材料的工艺。在砷化镓器件制造工艺中，液相外延工艺已得到普遍应用。如在JP61-31390专利文献中，公开了一种液相外延生长工艺，它是用液相外延法生长一层半绝缘的砷化镓层，并不能控制和降低衬底的位错密度，也不能多层生长，在光电器件的制造工艺中不能应用。对于衬底材料质量差时，器件性能得不到保证，成品率低。本发明的目的之一是提供一种器件制造过程中液相外延等电子掺杂新工艺;本发明的目的之二是提供一种液相外延等电子掺杂工艺中使用的生长源。本发明的目的是通过以下措施来实现的在电子器件制造过程中先在衬底上进行等电子掺杂工艺，其工艺步骤是①将砷化镓衬底和生长源送入有保护气氛存在下的外延生长炉中;②炉内升温，当温度升至800-900℃时，熔炼生长源2-4小时;③然后以0.2-1.5℃/分的速率降温，当温度降至800-700℃时，开始生长等电子掺杂层，生长时间为10-40分钟;④其后继续生长制造器件所需要的外延层。生长源是由镓、砷化镓、等电子掺杂元素和载流子掺杂元素配制而成，其配比是镓1000毫克等电子掺杂元素5-15毫克砷化镓50-100毫克载流子掺杂元素2-20毫克其中等电子掺杂元素是镓或砷的同族元素，优选的是铟、铝、磷;载流子掺杂元素，N型是Ⅵ族元素，P型是Ⅱ族元素，Ⅳ族元素是两性杂质，常用的有碲、锡、锗、硅、锌、镁等。外延炉中的保护气氛是氮气或氢气，其流量为50-100毫升/分。高位错密度的砷化镓衬底经本发明工艺后等电子掺杂层的位错密度测试结果如下表</tables>对各种掺杂组分的样品，用X射线双晶衍射仪检测，等电子掺杂层与砷化镓衬底层的晶格失配度结果如下表</tables>用深能级瞬态谱测试，均未发现等电子掺杂层中有深能级。从以上实验数据可以看出，高位错密度(3×103-8×103个/Cm2)的砷化镓衬底上生长的等电子掺杂层的位错密度小于500个/Cm2。等电子掺杂层与砷化镓衬底层的晶格失配度小于3×10-3。本发明工艺所使用的生长源中，等电子掺杂元素选用的是镓或砷同族的化学元素，其价电子数相同，因此等电子掺杂元素的掺入不改变其导电类型和载流子浓度。载流子掺杂元素的掺入又为等电子掺杂层提供了所需要的载流子浓度。砷化镓衬底经过等电子掺杂工艺后，相当于在其衬底生长一层异质层，异质层与衬底之间存在着很高的介面态，由于介面态与衬底位错的相互作用，使等电子掺杂层中的位错密度比衬底的位错密度低一个数量级，即高位错密度的衬底加上等电子掺杂层后，等效于低位错密度的衬底，而原来就是低位错密度的衬底利用本发明工艺后，使其衬底质量更有所提高。本发明与现有技术相比有如下优点本发明工艺是在砷化镓器件制造过程中，先生长一层等电子掺杂层，然后再根据所制造器件的要求生长所需要的外延层，整个工艺中不增加任何设备和生产成本，因此操作方便，成本低;高位错密度的衬底经本发明工艺处理后，可作低位错密度的衬底使用，从而使报废了的砷化镓单晶得到重新利用，大大提高了砷化镓单晶的利用率;砷化镓衬底经本发明工艺后所制造的电子器件性能稳定，成品率高，成本低。下面结合实施例对本发明作进一步详述实施例1生长源的配制取镓1000毫克、砷化镓76.2毫克，铟5.3毫克、锡6毫克混合在一起配成生长源备用。选位错密度为6.8×103个/Cm2、＜100＞晶向的砷化镓衬底片厚550μm，抛光、清洗后备用。将处理好的砷化镓衬底和配制好的等电子掺杂生长源放在石墨舟内，送入氮气作保护气氛的外延生长炉中，氮气通入流量为60毫升/分。炉内升温，当温度升至850℃时，熔炼生长源3小时，生长源全部熔化后，以0.5℃/分的速率降温至760℃时，开始生长等电子掺杂层35分钟。出炉后测试等电子掺杂层厚7μm，位错密度为2.7×102个/Cm2，晶格失配度为2.3×10-3。实施例2生长源的配制取镓1000毫克、砷化镓85.5毫克、铟6.5毫克、碲2.5毫克混合在一起配成生长源备用。选位错密度为4.8×103个/Cm2、＜100＞晶向的砷化镓衬底片，厚550μm，抛光、清洗后备用。将处理好的砷化镓衬底送入有氢气作保护气氛的外延生长炉中，氢气的流量为90毫升/分，将配好的生长源放入石墨舟的第一个源槽内，器件外延生长源放入石墨舟的其后各源槽内，送入外延生长炉中，炉内升温至900℃时，熔炼生长源3小时，生长源全部熔化后，以1℃/分的速率降温至800℃时，开始生长等电子掺杂层40分钟。然后依次生长N-GaALAs、n-GaAs、P-GaALAs、P-GaAs层、温度速降至室温，出炉，制作宽接触的GaALAs双异质结(BH)半导体激光器。该器件性能测试结果如下表</tables>从上表可以看出，用本发明工艺制作的BH激光器性能相当于在位错密度小于500个/Cm2的砷化镓衬底上所作的器件。但一般来说在位错密度为4.8×103个/Cm2的砷化镓衬底上是作不出半导体激光器的。权利要求1.一种液相外延等电子掺杂工艺，是将生长源加热熔融，然后慢慢降温，在衬底上生长一层外延层，其特征在于在电子器件制造过程中先在衬底上进行等电子掺杂工艺，其工艺步骤是①将砷化镓衬底和生长源送入有保护气氛存在下的炉中升温熔融；②在800-900℃时熔炼生长源2-4小时；③然后以0.2-1.5℃/分的速率降温，当温度降至800-700℃时，开始生长等电子掺杂层，生长时间为10-40分钟；④其后继续生长制造器件所需要的外延层。2.根据权利要求1所说的等电子掺杂工艺，其中所说的生长源是由镓、砷化镓、等电子掺杂元素和载流子掺杂元素组成。3.根据权利要求2所说的工艺，其中所说的生长源的配比是镓1000毫克等电子掺杂元素5-15毫克砷化镓50-100毫克载流子掺杂元素2-20毫克4.根据权利要求2或3所说的工艺，其中所说的等电子掺杂元素是镓或砷的同族元素，其中优选的是铟、铝、磷;载流子掺杂元素，N型是Ⅵ族元素，P型是Ⅱ族元素，Ⅳ族元素是两性杂质，其中常用的有碲、锡、锗、硅、锌、镁等。5.根据权利要求1所说的工艺，其中所说的炉内保护气氛是氮气或氢气，其流量为50-100毫升/分。全文摘要一种液相外延等电子掺杂工艺，其特征是在电子器件制造过程中先用生长源在一定温度下，在衬底上生长一层等电子掺杂层，然后再进行器件制造的外延生长工艺。该工艺操作方便；可使报废的高位错密度的砷化镓衬底得到重新应用；使制造的电子器件性能稳定，成品率高，成本低。文档编号H01L21/22GK1052005SQ9010998公开日1991年6月5日申请日期1990年12月18日优先权日1990年12月18日发明者刘文杰,陈诺夫申请人:河北工学院