[发明专利]制作半导体台面侧向电流限制结构的技术

说明书

本发明涉及半导体器件设计及制作过程中的材料生长和器件制作技术。

所谓台面侧向电流限制结构是指这样一种结构，在衬底上生长了目标器件要求的材料以后，经腐蚀或刻蚀之后使该材料层在衬底上成为台面，而后生长含阻塞层的二次外延层，最终使得电流只能在前述台面对应的区域沿垂直于台面的方向通过，而在台面以外的区域则受到限制，这种结构的材料可用于制作激光器等多种半导体器件，半导体材料的生长通常采用外延的方法，如气相外延(Vapor Phase Epitaxy,VPE)、液相外延(Liquid Phase Epitaxy,LPE)，金属有机化合物化学气相淀积(Metal-Organic-Chemical-Vapor-Deposition,MOCVD)等。

目前用于制作台面侧向电流限制结构的技术主要是P型衬底平面埯埋条型(P-MOVCD-Buried-Heterostructure,P-MBH)技术，P-MBH技术的内容是这样的，如图1所示，在衬底材料11上外延生长一次外延层2，按照目标器件的要求，该一次外延层2可以包括缓冲层、有源层及保护层等，再制作氧化硅掩膜层3，形成图1a的结构，通过腐蚀使一次外延层2和掩膜层3成为一个帽状台面，如图1b，台面的形状，即图1b的俯视图，因器件要求而异，可以是条形、圆形等各种形状。然后进行第二次外延生长，生长带有阻塞层的二次外延层4，阻塞层的作用是阻止电流通过。如图1C，由于氧化硅的特性，材料无法在氧化硅表面生长，因此掩膜层仍露在外面。用氢氟酸腐蚀氧化硅去掉掩膜层形成图1d的结构，再进行第三次外延生长，形成如图1e所示的台面侧向电流限制结构。

这种方法存在如下缺点，一、由于物理机理上的原因，它仅适用于P型材料衬底；二、腐蚀的台面要有严格的尺寸，使所述台面的侧面露出特定的严格的高指数晶面，才能进行下一步的材料生长；三、所述二次外延层中有P型材料和N型材料，在生长二次外延层的过程中，必须凭借生长温度和生长时间的控制，使临近台面的区域中P型材料中的载流子扩散，使N型材料反型，而这种扩散的控制是比较困难的；四、氧化硅掩膜的制作和剥离是必要的工艺步骤，并且在三一一五族化合物，尤其是磷化铟表面上的氧化硅很难彻底剥离干净，给再生长带来困难，而且影响最终器件的性能。

本发明的目的在于提供一种生长过程易于控制而且制成的结构的性能更好的新方法，用于制作台面侧向电流限制结构。

本发明是这样实现的。第一步，在衬底材料上进行第一次外延生长，生长出一次外延层，该一次外延层的成份是由目标器件的要求来决定的。第二步，将该一次外延层腐蚀或刻蚀成目标器件所要求的形状的台面。第三步，进行二次外延，在台面四周的衬底上和台面上方生长包含阻塞层的二次外延层，外延过程中不带作掩膜用的氧化硅，由于LPE和MOCVD具有选择生长的特性，衬底和台面在二次外延生长后沿生长方向延伸，使二次外延后的台面保持二次外延前的形状，轮廓清晰。第四步，采用通常的套刻工艺，将二次外延层中与所述台面形状相同、面积相等，且垂直对应于台面上方的部分挖掉，使台面重新露出，而台面四周未被挖及的二次外延层的部分则保留，也可以在台面上方保留一层二次外延层中不影响电流通过的材料。由于二次外延后的台面与原始台面形状几乎相同而且轮廓清晰，因而做套刻工艺时能方便地对准台面的边界，所以挖穿二次外延层中的阻塞层的这一步骤是很容易做到的。最后再进行第三次外延生长，生长出能够将上一步骤挖出的凹陷填平并形成具有一定厚度的一层材料，从而完成台面侧向电流限制结构的制作。

与现有技术相比，本发明的方法具有下列优点。一、由于第二次外延不要求台面的侧面一定要是严格的高指数晶面，因而台面腐蚀工艺简单；二、由于不要求前面所述的P型材料中的载流子扩散至N型材料中使N型材料反型的问题，加之物理机制上的一些原因，本发明的方法对于N型、P型、半绝缘和高阻衬底都适用；三、腐蚀台面尺寸、阻塞层的厚度、外延层浓度等工艺容差较大，易于控制；四、由于省去了掩膜工艺、消除了因掩膜工艺带来的对器件性能的不良影响，所以器件的性能更好；五、因为氧化硅剥离时，有时剥得干净，有时却剥不干净，本方法避免了氧化硅的使用，提高了成品率。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1现有技术示意图

图2本发明的方法示意图

图3本发明的一个实施例的台面侧向电流限制结构

图中，1．可以是P型材料或N型材料或半绝缘材料或高阻材料的衬底；2．一次外延层      3．氧化硅掩膜   4．含有阻塞层的二次外延层；