專利名稱：制作半導(dǎo)體臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件設(shè)計及制作過程中的材料生長和器件制作技術(shù)。
所謂臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)是指這樣一種結(jié)構(gòu)，在襯底上生長了目標器件要求的材料以后，經(jīng)腐蝕或刻蝕之后使該材料層在襯底上成為臺面，而后生長含阻塞層的二次外延層，最終使得電流只能在前述臺面對應(yīng)的區(qū)域沿垂直于臺面的方向通過，而在臺面以外的區(qū)域則受到限制，這種結(jié)構(gòu)的材料可用于制作激光器等多種半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體材料的生長通常采用外延的方法，如氣相外延(Vapor Phase Epitaxy，VPE)、液相外延(Liquid Phase Epitaxy，LPE)，金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積(Metal-Organic-Chemical-Vapor-Deposition，MOCVD)等。
目前用于制作臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)的技術(shù)主要是P型襯底平面埯埋條型(P-MOVCD-Buried-Heterostructure，P-MBH)技術(shù)，P-MBH技術(shù)的內(nèi)容是這樣的，如

圖1所示，在襯底材料11上外延生長一次外延層2，按照目標器件的要求，該一次外延層2可以包括緩沖層、有源層及保護層等，再制作氧化硅掩膜層3，形成圖1a的結(jié)構(gòu)，通過腐蝕使一次外延層2和掩膜層3成為一個帽狀臺面，如圖1b，臺面的形狀，即圖1b的俯視圖，因器件要求而異，可以是條形、圓形等各種形狀。然后進行第二次外延生長，生長帶有阻塞層的二次外延層4，阻塞層的作用是阻止電流通過。如圖1C，由于氧化硅的特性，材料無法在氧化硅表面生長，因此掩膜層仍露在外面。用氫氟酸腐蝕氧化硅去掉掩膜層形成圖1d的結(jié)構(gòu)，再進行第三次外延生長，形成如圖1e所示的臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)。
這種方法存在如下缺點，一、由于物理機理上的原因，它僅適用于P型材料襯底；二、腐蝕的臺面要有嚴格的尺寸，使所述臺面的側(cè)面露出特定的嚴格的高指數(shù)晶面，才能進行下一步的材料生長；三、所述二次外延層中有P型材料和N型材料，在生長二次外延層的過程中，必須憑借生長溫度和生長時間的控制，使臨近臺面的區(qū)域中P型材料中的載流子擴散，使N型材料反型，而這種擴散的控制是比較困難的；四、氧化硅掩膜的制作和剝離是必要的工藝步驟，并且在三——五族化合物，尤其是磷化銦表面上的氧化硅很難徹底剝離干凈，給再生長帶來困難，而且影響最終器件的性能。
本發(fā)明的目的在于提供一種生長過程易于控制而且制成的結(jié)構(gòu)的性能更好的新方法，用于制作臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。第一步，在襯底材料上進行第一次外延生長，生長出一次外延層，該一次外延層的成份是由目標器件的要求來決定的。第二步，將該一次外延層腐蝕或刻蝕成目標器件所要求的形狀的臺面。第三步，采用氣相外延方法(VPE)或金屬有機化合物氣相淀積(MOCVD)的方法進行二次外延，在臺面四周的襯底上和臺面上方生長包含阻塞層的二次外延層，外延過程中不帶作掩膜用的氧化硅，由于LPE和MOCVD具有選擇生長的特性，襯底和臺面在二次外延生長后沿生長方向延伸，使二次外延后的臺面保持二次外延前的形狀，輪廓清晰。第四步，采用通常的套刻工藝，將二次外延層中與所述臺面形狀相同、面積相等，且垂直對應(yīng)于臺面上方的部分挖掉，使臺面重新露出，而臺面四周未被挖及的二次外延層的部分則保留，也可以在臺面上方保留一層二次外延層中不影響電流通過的材料。由于二次外延后的臺面與原始臺面形狀幾乎相同而且輪廓清晰，因而做套刻工藝時能方便地對準臺面的邊界，所以挖穿二次外延層中的阻塞層的這一步驟是很容易做到的。最后再進行第三次外延生長，生長出能夠?qū)⑸弦徊襟E挖出的凹陷填平并形成具有一定厚度的一層材料，從而完成臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)的制作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法具有下列優(yōu)點。一、由于第二次外延不要求臺面的側(cè)面一定要是嚴格的高指數(shù)晶面，因而臺面腐蝕工藝簡單；二、由于不要求前面所述的P型材料中的載流子擴散至N型材料中使N型材料反型的問題，加之物理機制上的一些原因，本發(fā)明的方法對于N型、P型、半絕緣和高阻襯底都適用；三、腐蝕臺面尺寸、阻塞層的厚度、外延層濃度等工藝容差較大，易于控制；四、由于省去了掩膜工藝、消除了因掩膜工藝帶來的對器件性能的不良影響，所以器件的性能更好；五、因為氧化硅剝離時，有時剝得干凈，有時卻剝不干凈，本方法避免了氧化硅的使用，提高了成品率。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1現(xiàn)有技術(shù)示意2本發(fā)明的方法示意3本發(fā)明的一個實施例的臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)圖中，1.可以是P型材料或N型材料或半絕緣材料或高阻材料的襯底；2.一次外延層3.氧化硅掩膜4.含有阻塞層的二次外延層；5.三次外延層； 11.P型襯底21.N型InP襯底22.InGaAsP混晶材料24.包括由多個P N結(jié)組成的阻塞層的二次外延層；25.包括電極接觸層的三次外延層；41.P型InP材料； 42.InGaAsP材料；43.N型InP材料； 44.InGaAsP材料；51.P型InP材料； 52.P型電極接觸層用本發(fā)明的方法制作半導(dǎo)體臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)的過程是這樣的第一步，在可以是P型材料或N型材料或半絕緣材料或高阻材料的襯度1上進行第一次外延，生長一次外延層2，該一次外延層2的成份按照目標器件的要求可以包括緩沖層及有源層等，如圖2a所示；第二步，將一次外延層2的一部分腐蝕成刻蝕掉，使保留的部分在襯底上成為一個臺面，臺面的形狀也是由目標器件的要求來決定的，如圖2 b所示；第三步，利用氣相外延方法或金屬有機化合物氣相淀積方法在臺面2周圍和上方生長含有阻塞層的二次外延層4，如圖4c所示，其中的阻塞層可以是高阻層、或半絕緣層、或反向工作的一個或幾個PN結(jié)，也可以是它們當中兩個或多個的組合；第四步，采用套刻工藝，將二次外延層4中與臺面2形狀相同、面積相等、且垂直對應(yīng)于臺面2上方的部分挖掉，使臺面2重新露出，而臺面2四周未被挖及的二次外延層4的部分則保留，也可以在臺面2上方保留一層二次外延層4中不影響電流通過的材料，如圖2d所示；第五步，進行第三次外延生長，生長三次外延層5，并使三次外延層5能填平由于挖除部分二次外延而造成的凹陷并具有一定厚度，如圖2e所示，進行第三次外延的方法可以是氣相外延，也可以用液相外延或其它外延方法。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖3所示，如圖3所示，所采用的襯底是N型InP襯底21，一次外延層由InGaAsP混晶材料22構(gòu)成，二次外延生長出包括由多個PN結(jié)組成的阻塞層的二次外延層24，它包括P型InP材料41、InGaAsP材料42、N型InP材料43、InGaAsP材料44，這里的N型材料43充當阻塞層的作用；在采用套刻工藝將二次外延層24中對應(yīng)于臺面22上方的阻塞層部分挖穿后，進行第三次外延生長出三次外延層25，它由P型InP材料51和P型電極接觸層52構(gòu)成。
按上述方法和成份制成的InGaAsP/InP臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)，可以用來制作InGaAsP/InP激光器，該激光器可以低閾值工作并獲得高線性功率輸出。
權(quán)利要求
1.一種制作半導(dǎo)體臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，它是由下列步驟組成的第一步，在襯底材料上進行第一次外延生長，生長出目標器件所要求的一次外延層；第二步，將所述一次外延層腐蝕或刻蝕成目標器件所要求的形狀的臺面；第三步，采用氣相外延方法或金屬有機化合物氣相淀積方法進行第二次外延生長，在所述臺面四周的襯底上和臺面上方生長包含阻塞層的二次外延層；第四步，采用通常的套刻工藝，將二次外延層中與所述臺面形狀相同、面積相等且垂直對應(yīng)于臺面上方的部分挖掉，使臺面重新露出，而臺面四周未被挖及的二次外延層的部分則保留，也可以在臺面上方保留一層二次外延層中不影響電流通過的材料；第五步，進行第三次外延生長，生長出能夠?qū)⒌谒牟降耐诔に囁斐傻陌枷萏钇讲⒕哂幸欢ê穸鹊娜瓮庋訉印?br> 2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的襯底材料可以是P型材料或N型材料或半絕緣材料或高阻材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的阻塞層可以包含高阻層或半絕緣層或反向工作的一個或多個P N結(jié)，或它們中的一個或多個的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的三次外延層中可以包括一個電極接觸層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第三次外延生長所采用的方法可以是液相外延，也可以是氣相外延，也可以是其它外延方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及制作半導(dǎo)體臺面?zhèn)认螂娏飨拗平Y(jié)構(gòu)的技術(shù)，襯底在生長上目標器件要求的材料后被腐蝕或刻蝕成臺面，采用氣相外延生長含阻塞層的二次外延層，然后將對應(yīng)于臺面上方的部分阻塞層挖穿，再生長三次外延層。由于避免了現(xiàn)有技術(shù)中的帶掩膜的生長工藝，該方法適用于各種襯底，而且工藝過程易于控制，工藝容差大，并能夠獲得更好的器件性能。
文檔編號H01L21/20GK1149757SQ9610961
公開日1997年5月14日 申請日期1996年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月5日
發(fā)明者王圩, 王志杰, 張濟志, 朱洪亮 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所