专利名称:半导体工艺的制作方法
本发明涉及半导体工艺特别是质量传递工艺问题。
本发明为半导体器件的制造提供一种质量传递工艺，其特征在于在一未密封的坩埚(16，17)里放置要由质量传递生长材料的半导体晶片(15)，生长材料的盖片(18)以及晶状卤化碱(20)，然后将未密封的坩埚(16，17)在于一温度下，在还原气体中加热，其时间由所需生长量而定。
下面参考附图，说明本发明的实施例图1概要地说明用于本说明的质量传递装置;
图2说明一传质工艺埋层异质结构(MTBH)激光器的剖面图。
图2所示的MTBH激光器是在n型InP衬底1上形成的多层结构，通过常规液相外延在衬底上形成n型InP层2、未掺杂的GaInAsP有源层3、P型InP层4和P型GaInAsP接触层5。通过掏蚀工艺，腐蚀两个细长的(纵向所示的)沟槽6，借以确定台面7;有源层3在台面7和肩胛8内的层4下被选择性地腐蚀，直至台面内的有源层达到预定宽度和构成有源区9为止，于是层4下因有源层3被选择腐蚀而产生的凹进处通过传质工艺由InP填充，用虚线10表示。随后在整个结构上淀积二氧化硅层11，在台面顶部的氧化层11上开窗口12，并将此结构金属化(层13)。图2所示激光器的结构包含一P型GaInAsP接触层，而选择腐蚀可按我们未公开的U、K申请8416412(顺序号……)(D.S.O Renner 2)中所述的工艺来进行。另一种方法是P型GaInAsP层5可以省略，P型InP层4扩锌以改进电接触。本发明不涉及激光器的结构，而只是采用传质工艺填充腐蚀凹进处，从而能用某种材料完全包围有源区9。虽然说明书是专门谈MTBH激光器的传质工艺，但该工艺并不限于此，而是可以用于其它单个的或集成的器件。
用InP+Inl-Xsax Asy Pl-y材料系统制造低阈值半导体激光器是个常规技术，参考实例Z.N.利亚路(Llau)和J.N.沃波尔(Walpole)，APPl、Phys、Lett，40，568(1982)或T.R Chen et al APPL Phys，Lett，41，1115(1982)。这个工艺依据的论据是凸形表面上的蒸汽压力大于凹形表面上的相应蒸气压力，结果在InP情况下可以通过气相传递材料，来填充因有源层被腐蚀而产生的凹进处，该处含有一明显的凹进曲面，在此面上可以生长材料。
在InP的传递中，在氢气内通过下列可逆过程可以相当快地产生P的气化和徙动。
然而，In的挥发性是很低的，所以速率的控制是In的气化和传递。可以采用较高的温度来增加In的传递速率，由于温度超过700℃时，铟的传递速率迅速增加，但是半导体材料加高到如此高温是不利的，特别是因为锌要从半导体的1P型区扩散，而锌是提供所需掺杂的。可是，In的传递速率也可因系统内存在卤素而增加，参考实例，A·哈森(Hasson)et al，APPl Phys Lett 43，403(1983)。这里所述的质量传递工艺是对已腐蚀的多层晶片结构进行的，该晶片被放在一密封的真空石英管里，此管放入炉内，管轴间的温度梯度约为2℃cm-1。晶片放在管的冷端，而质量传递工艺用的源材料安放在管的热端。用InP作源材料(～730℃)时，晶片(～690℃)上的腐蚀凹进处一小时内被填满;但是在源材料的温度低于690℃时，不发生填充。尽管少量的碘加到源材料InP中可使质量传递过程加速而且在600℃左右加热30分钟，或充分地填满凹进处，但是晶片未加保护的区域受到严重腐蚀。要减少碘的化学活性，可用InI代替纯碘，以致在600℃时，质量传递没有腐蚀，该温度是所发现的最佳温度。
我们发现，采用卤素可不需要使用密封的和抽真空的管。传质工艺在开管系统中进行。要加工的晶片15(图1)放在石墨坩埚16里，坩埚有一盖17，几乎是但不完全是密封的。晶片15的放置是沟槽(开槽)向下，放在InP盖片或晶片18上面。坩埚16安放在加工过程中有氢气流通的管19内，该管及其容质在炉中加热(图中未示出)。发现，对于坩埚16内只有晶片15和盖片18的情况，仅在温度高于700℃时才发生明显的质量传递。该过程对温度是很敏感的，而且传递速率随着超过700℃的温度的增长而迅速增加。在这些条件下，质量传递的速率受InP上In低气压的限制。
可是当KI颗粒20被引进同一坩埚16而放在石墨栅14下的坩埚凹处时，发现质量传递是在600℃这样低的温度下发生。然而，单用KI时，凹面上产生明显的材料生长，而凸面上产生腐蚀，因此平坦表面非常大，至少对MTBH激光器的制造是这样。在坩埚内与KI一起放入一可控数量的金属铟21，发现在InP的腐蚀和淀积之间达到准确平衡是可能的。
MTBH激光器工艺的最佳条件是在660℃时得到的，整个温度周期为两个小时，与液相外延所用的约650℃的标准温度正好相近，它是生长晶片各层时所用的温度，所以后部加工时的温度是不会影响晶片各层的。参考图1所述的工艺是获得质量传递的一种简单而可控的工艺，用来生产阈值电流低于7mA和输出功率高达35mw的MTBH激光器。
虽然上面谈的是用KI颗粒作碘源，但本发明并不认为仅限于此，还可采用其他晶状卤化碱来引进卤素以增加铟的传递速率。例如，RbI或CsI都可以采用。在这方面，可以认为任何晶状卤化碱都是有用的。
对可能的化学平衡进行热力学计算表明，不仅H气而且石墨也起积极作用。已经确识，较重的碱金属K、Rb和Cs与石墨形成夹杂化合物。这可能是主平衡决定InP的传递
权利要求
1.供制造半导体器件用的质量传递工艺，其特征是在一未密封的坩埚(16、17)内放置要由质量传递生长材料的半导体晶片(15)，生长材料的盖片(18)和晶状卤化碱(20)，然后将未密封的坩埚(16、17)于一温度下，在还原气体中加热，其时间由所需求的生长量而定。
2.如权项1所规定的质量传递工艺，其特征在于要生长的材料是InP。
3.如权项1或权项2所规定的质量传递工艺，其特征是在于卤化碱(20)是碘化碱。
4.如以上任何一个权项所规定的一质量传递工艺，其特征是在于还原气体是氢气。
5.如以上任何一个权项所规定的质量传递工艺，其特征在于坩埚(16、17)是石墨做的。
6.如权项2所规定的质量传递工艺，其特征在于坩埚(16、17)是石墨做的，还原气体是氢气，而且在坩埚(16、17)里放置一定量的金属铟(21)，用以控制晶片(15)预定范围内材料的生长与晶片(15)其他范围内腐蚀之间的平衡。
7.如权项3或权项6所规定的质量传递工艺，其特征在于晶状卤化碱(20)是KI、RbI、或CsI。
8.如权项2所规定的质量传递工艺和用InP/InGaAsP系统制造质量传递埋层异质结构激光器所用的质量传递工艺，其特征在于卤化碱(20)是KI，坩埚(16、17)是石墨做的，而且几乎是但不完全是密封的，以及还原气体是氢气。
9.如权项8所规定的质量传递工艺，其特征在于坩埚(16、17)内放置一定量的金属铟，从而控制晶片(15)预定范围内InP的生长与晶片(15)其它范围内腐蚀之间的平衡，并且在大约660℃的温度下，加热坩埚(16、17)。
专利摘要
用于制造半导体器件特别是但不只是Inp/InGaAsP低阈值半导体激光器的质量传递工艺，包括生长材料盖片(18)靠近要生长材料的半导体晶片(15)的安排，它们与晶状卤化碱(20)一起在坩埚(16)内的布置和坩埚的加热，加热时在氢气流中，几乎是但不完全是密封的。
文档编号H01L21/02GK85104071SQ85104071
公开日1986年11月26日 申请日期1985年5月28日
发明者彼得·戴维·格林, 丹尼尔·塞吉斯芒多·奥托·伦纳 申请人:标准电话电报公共有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan