專利名稱：：液相外延等電子摻雜工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于用于電子器件制備的液相外延工藝，特別涉及一種液相外延等電子摻雜工藝。目前，在電子器件的生產(chǎn)中，總希望利用位錯密度很低的優(yōu)質(zhì)砷化鎵單晶片，但這種單晶成品率很低，致使大量的單晶片不能為制造電子器件所利用。因此，提高砷化鎵單晶的拉制技術(shù)是提高砷化鎵單晶片質(zhì)量的一個途徑。JP58-209109專利文獻中描述了一種化合物半導(dǎo)體晶體生長工藝。JP60-210599專利文獻中也描述了砷化鎵半導(dǎo)體晶體的生長方法。但它們都是描述一種用于生長液相外延襯底的優(yōu)質(zhì)砷化鎵體材料的工藝。在砷化鎵器件制造工藝中，液相外延工藝已得到普遍應(yīng)用。如在JP61-31390專利文獻中，公開了一種液相外延生長工藝，它是用液相外延法生長一層半絕緣的砷化鎵層，并不能控制和降低襯底的位錯密度，也不能多層生長，在光電器件的制造工藝中不能應(yīng)用。對于襯底材料質(zhì)量差時，器件性能得不到保證，成品率低。本發(fā)明的目的之一是提供一種器件制造過程中液相外延等電子摻雜新工藝;本發(fā)明的目的之二是提供一種液相外延等電子摻雜工藝中使用的生長源。本發(fā)明的目的是通過以下措施來實現(xiàn)的在電子器件制造過程中先在襯底上進行等電子摻雜工藝，其工藝步驟是①將砷化鎵襯底和生長源送入有保護氣氛存在下的外延生長爐中;②爐內(nèi)升溫，當(dāng)溫度升至800-900℃時，熔煉生長源2-4小時;③然后以0.2-1.5℃/分的速率降溫，當(dāng)溫度降至800-700℃時，開始生長等電子摻雜層，生長時間為10-40分鐘;④其后繼續(xù)生長制造器件所需要的外延層。生長源是由鎵、砷化鎵、等電子摻雜元素和載流子摻雜元素配制而成，其配比是鎵1000毫克等電子摻雜元素5-15毫克砷化鎵50-100毫克載流子摻雜元素2-20毫克其中等電子摻雜元素是鎵或砷的同族元素，優(yōu)選的是銦、鋁、磷;載流子摻雜元素，N型是Ⅵ族元素，P型是Ⅱ族元素，Ⅳ族元素是兩性雜質(zhì)，常用的有碲、錫、鍺、硅、鋅、鎂等。外延爐中的保護氣氛是氮氣或氫氣，其流量為50-100毫升/分。高位錯密度的砷化鎵襯底經(jīng)本發(fā)明工藝后等電子摻雜層的位錯密度測試結(jié)果如下表</tables>對各種摻雜組分的樣品，用X射線雙晶衍射儀檢測，等電子摻雜層與砷化鎵襯底層的晶格失配度結(jié)果如下表</tables>用深能級瞬態(tài)譜測試，均未發(fā)現(xiàn)等電子摻雜層中有深能級。從以上實驗數(shù)據(jù)可以看出，高位錯密度(3×103-8×103個/Cm2)的砷化鎵襯底上生長的等電子摻雜層的位錯密度小于500個/Cm2。等電子摻雜層與砷化鎵襯底層的晶格失配度小于3×10-3。本發(fā)明工藝所使用的生長源中，等電子摻雜元素選用的是鎵或砷同族的化學(xué)元素，其價電子數(shù)相同，因此等電子摻雜元素的摻入不改變其導(dǎo)電類型和載流子濃度。載流子摻雜元素的摻入又為等電子摻雜層提供了所需要的載流子濃度。砷化鎵襯底經(jīng)過等電子摻雜工藝后，相當(dāng)于在其襯底生長一層異質(zhì)層，異質(zhì)層與襯底之間存在著很高的介面態(tài)，由于介面態(tài)與襯底位錯的相互作用，使等電子摻雜層中的位錯密度比襯底的位錯密度低一個數(shù)量級，即高位錯密度的襯底加上等電子摻雜層后，等效于低位錯密度的襯底，而原來就是低位錯密度的襯底利用本發(fā)明工藝后，使其襯底質(zhì)量更有所提高。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點本發(fā)明工藝是在砷化鎵器件制造過程中，先生長一層等電子摻雜層，然后再根據(jù)所制造器件的要求生長所需要的外延層，整個工藝中不增加任何設(shè)備和生產(chǎn)成本，因此操作方便，成本低;高位錯密度的襯底經(jīng)本發(fā)明工藝處理后，可作低位錯密度的襯底使用，從而使報廢了的砷化鎵單晶得到重新利用，大大提高了砷化鎵單晶的利用率;砷化鎵襯底經(jīng)本發(fā)明工藝后所制造的電子器件性能穩(wěn)定，成品率高，成本低。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述實施例1生長源的配制取鎵1000毫克、砷化鎵76.2毫克，銦5.3毫克、錫6毫克混合在一起配成生長源備用。選位錯密度為6.8×103個/Cm2、＜100＞晶向的砷化鎵襯底片厚550μm，拋光、清洗后備用。將處理好的砷化鎵襯底和配制好的等電子摻雜生長源放在石墨舟內(nèi)，送入氮氣作保護氣氛的外延生長爐中，氮氣通入流量為60毫升/分。爐內(nèi)升溫，當(dāng)溫度升至850℃時，熔煉生長源3小時，生長源全部熔化后，以0.5℃/分的速率降溫至760℃時，開始生長等電子摻雜層35分鐘。出爐后測試等電子摻雜層厚7μm，位錯密度為2.7×102個/Cm2，晶格失配度為2.3×10-3。實施例2生長源的配制取鎵1000毫克、砷化鎵85.5毫克、銦6.5毫克、碲2.5毫克混合在一起配成生長源備用。選位錯密度為4.8×103個/Cm2、＜100＞晶向的砷化鎵襯底片，厚550μm，拋光、清洗后備用。將處理好的砷化鎵襯底送入有氫氣作保護氣氛的外延生長爐中，氫氣的流量為90毫升/分，將配好的生長源放入石墨舟的第一個源槽內(nèi)，器件外延生長源放入石墨舟的其后各源槽內(nèi)，送入外延生長爐中，爐內(nèi)升溫至900℃時，熔煉生長源3小時，生長源全部熔化后，以1℃/分的速率降溫至800℃時，開始生長等電子摻雜層40分鐘。然后依次生長N-GaALAs、n-GaAs、P-GaALAs、P-GaAs層、溫度速降至室溫，出爐，制作寬接觸的GaALAs雙異質(zhì)結(jié)(BH)半導(dǎo)體激光器。該器件性能測試結(jié)果如下表</tables>從上表可以看出，用本發(fā)明工藝制作的BH激光器性能相當(dāng)于在位錯密度小于500個/Cm2的砷化鎵襯底上所作的器件。但一般來說在位錯密度為4.8×103個/Cm2的砷化鎵襯底上是作不出半導(dǎo)體激光器的。權(quán)利要求1.一種液相外延等電子摻雜工藝，是將生長源加熱熔融，然后慢慢降溫，在襯底上生長一層外延層，其特征在于在電子器件制造過程中先在襯底上進行等電子摻雜工藝，其工藝步驟是①將砷化鎵襯底和生長源送入有保護氣氛存在下的爐中升溫熔融；②在800-900℃時熔煉生長源2-4小時；③然后以0.2-1.5℃/分的速率降溫，當(dāng)溫度降至800-700℃時，開始生長等電子摻雜層，生長時間為10-40分鐘；④其后繼續(xù)生長制造器件所需要的外延層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的等電子摻雜工藝，其中所說的生長源是由鎵、砷化鎵、等電子摻雜元素和載流子摻雜元素組成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的工藝，其中所說的生長源的配比是鎵1000毫克等電子摻雜元素5-15毫克砷化鎵50-100毫克載流子摻雜元素2-20毫克4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所說的工藝，其中所說的等電子摻雜元素是鎵或砷的同族元素，其中優(yōu)選的是銦、鋁、磷;載流子摻雜元素，N型是Ⅵ族元素，P型是Ⅱ族元素，Ⅳ族元素是兩性雜質(zhì)，其中常用的有碲、錫、鍺、硅、鋅、鎂等。5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的工藝，其中所說的爐內(nèi)保護氣氛是氮氣或氫氣，其流量為50-100毫升/分。全文摘要一種液相外延等電子摻雜工藝，其特征是在電子器件制造過程中先用生長源在一定溫度下，在襯底上生長一層等電子摻雜層，然后再進行器件制造的外延生長工藝。該工藝操作方便；可使報廢的高位錯密度的砷化鎵襯底得到重新應(yīng)用；使制造的電子器件性能穩(wěn)定，成品率高，成本低。文檔編號H01L21/22GK1052005SQ9010998公開日1991年6月5日申請日期1990年12月18日優(yōu)先權(quán)日1990年12月18日發(fā)明者劉文杰,陳諾夫申請人:河北工學(xué)院