專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。更具體地講，本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光源，光檢測(cè)器和諧振隧道器件，它們?cè)谝r底和有源區(qū)之間有大的點(diǎn)陣失配。
相關(guān)技術(shù)描述在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中組成材料的點(diǎn)陣匹配問(wèn)題是十分重要的。用點(diǎn)陣失配的GaAs-GaAsP材料實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器，其性能還沒(méi)有好到足于用于實(shí)際應(yīng)用中。只是在發(fā)展了點(diǎn)陣匹配的異質(zhì)結(jié)構(gòu)以后，在該領(lǐng)域才有了進(jìn)展，得到具有低的室溫閾值電流密度的激光器，實(shí)現(xiàn)了室溫下的連續(xù)波運(yùn)作。
在高性能器件，例如在一個(gè)GaAs-AlGaAs異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，只能夠容忍相當(dāng)小的點(diǎn)陣失配。在小的點(diǎn)陣失配的情況下，發(fā)生層的偽晶生長(zhǎng)，或不規(guī)則生長(zhǎng)，而該層積累大的應(yīng)變能。例如，W.T.Tsang，在Applied Physics(etlers 3819)，May 1，1981，PP.661-663，描述了一種GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器，它有一層InGaAs有源層。為了把輸出波長(zhǎng)提高到0.94μm，銦被加進(jìn)有源層。然而在達(dá)到某個(gè)厚度或組份以后，應(yīng)變能變得非常高，從而開(kāi)始形成位錯(cuò)，它損壞了器件性能。位錯(cuò)形成的臨界厚度隨著點(diǎn)陣失配的增加而迅速減小。對(duì)于InGaAs-GaAs層而言，在對(duì)應(yīng)于實(shí)際重要的1.3-1.6μm波長(zhǎng)范圍的InGaAs層厚度上，導(dǎo)致發(fā)光性質(zhì)的快速退化。
位錯(cuò)只占有塑性松馳層(plastically relaxed layer)小得可以忽略的表面積。在位錯(cuò)之間的區(qū)域可以仍然保持光學(xué)的完美，其尺寸可以接近微米尺度，即使有高的晶格失配和厚的塑性松馳層。
位錯(cuò)形成所需的精確厚度，在塑性松馳以后形成的位錯(cuò)密度，以及光學(xué)性質(zhì)退化的程度可以依賴于具體的表面形態(tài)和淀積條件。在某個(gè)生長(zhǎng)順序下，用高應(yīng)變的InGaAs量子阱，可以在室溫下實(shí)現(xiàn)高達(dá)1.35μm范圍內(nèi)的亮的發(fā)光，而用在GaAs襯底上更厚的分級(jí)組份InGaAs層可以高達(dá)1.7μm。用中間插入GaAs的形變的超薄InGaAs緩沖層的頂部生長(zhǎng)InGaAs量子阱，已經(jīng)展示了在1.17μm上的注入激光發(fā)射。用InGaAs量子阱來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)張激光發(fā)射波長(zhǎng)的原先的努力已經(jīng)失敗。因而，為了用GaAs襯底得到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，有必要或者用不同的材料系統(tǒng)，如象InGaAsN-GaAs或GaAsSb-GaAs，或者用不同的生長(zhǎng)方法，如象在Stranski-Krastanow生長(zhǎng)方式中用彈性應(yīng)變松馳的效應(yīng)。這個(gè)過(guò)程，伴隨著形成的島的過(guò)生長(zhǎng)(overgrowth)，可以導(dǎo)致應(yīng)變相干納米小區(qū)，也稱為量子點(diǎn)，的形成，發(fā)射達(dá)到并超過(guò)1.3μm的光。
然而，這些方法沒(méi)有產(chǎn)生一種具有實(shí)際可以接受參數(shù)的，成本合宜的以及技術(shù)可靠的器件，并且還導(dǎo)致位錯(cuò)和其他缺陷(例如位錯(cuò)環(huán)，缺陷偶極子，位錯(cuò)原子簇)的形成。
許多專利已經(jīng)試圖來(lái)克服制造半導(dǎo)體導(dǎo)質(zhì)結(jié)構(gòu)器件中晶格失配的問(wèn)題。例如，美國(guó)專利，專利號(hào)5,960,018，5,075,774,和5,719,894用在器件的有源區(qū)內(nèi)部或附近的應(yīng)變補(bǔ)償區(qū)的方法，其他專利，如象美國(guó)專利，專利號(hào)5,019,874，5,208,182，5,927,995和5,091,767，每個(gè)專利都用了位錯(cuò)過(guò)濾技術(shù)，以防止位錯(cuò)在有源層中的傳播或減小其密度。美國(guó)專利，專利號(hào)5,156,995，5,859,864和4,806,996用在具有分布的襯底上復(fù)雜的生長(zhǎng)方法。然而，所有這些方法只導(dǎo)致有限的成功，或者成本昂貴。
因而，本技術(shù)領(lǐng)域需要這樣一種方法，它能夠原地(in situ)消除松馳半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在位錯(cuò)附近的局部區(qū)域，而不需要已有技術(shù)所需的附加處理步驟。
發(fā)明概述本發(fā)明公開(kāi)了從生長(zhǎng)在適宜進(jìn)行外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體表面上的塑性松馳層，原地(現(xiàn)場(chǎng))制造無(wú)位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的一種方法。該方法解決晶格失配生長(zhǎng)的問(wèn)題。
本方法從相對(duì)于下面的襯底晶格失配的，原先位錯(cuò)和/或有眾多缺陷的層中產(chǎn)生相干地缺陷區(qū)域，本方法不包含在形成無(wú)缺陷區(qū)之前或之后的任何處理步驟。本方法最好用在位錯(cuò)層的頂部原地形成一層帽層的步驟。該帽層最好有一個(gè)晶格常數(shù)，它接近于下面襯底的晶格常數(shù)，而不同于晶格失配外延層在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格常數(shù)。在這些條件下，帽層受位錯(cuò)附近的區(qū)域的彈性排斥，該處晶格參數(shù)與襯底的晶格參數(shù)差別最大。在這些區(qū)域內(nèi)帽層不復(fù)存在。當(dāng)帽層的熱蒸發(fā)率小于下面位錯(cuò)層的熱蒸發(fā)率時(shí)，該位錯(cuò)層在位錯(cuò)附近的區(qū)域在足夠高的溫度下被選擇性地蒸發(fā)，而只有原先位錯(cuò)的外延層的相干無(wú)缺陷區(qū)仍留在表面上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，無(wú)缺陷區(qū)的尺寸被優(yōu)選地調(diào)到30-1000nm的范圍，這取決于退火條件，帽層的厚度，和晶格失配。本發(fā)明還公開(kāi)了用本方法制造的器件。
附圖簡(jiǎn)述

圖1給出本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中本方法的流程圖。
圖2(a)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中的一襯底，或在某個(gè)襯底頂上生長(zhǎng)的外延層，它們的表面適宜于作進(jìn)一步外延生長(zhǎng)。
圖2(b)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中圖2(a)在開(kāi)始淀積一層晶格失配層后的結(jié)構(gòu)。
圖2(c)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，圖2(b)在晶格失配層中，在某個(gè)臨界厚度，應(yīng)變已經(jīng)引起位錯(cuò)和局部缺陷出現(xiàn)后的結(jié)構(gòu)。
圖2(d)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，圖2(c)在器件的晶格失配層頂部已經(jīng)淀積一層帽層以后的結(jié)構(gòu)。
圖2(e)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，圖2(d)在已經(jīng)進(jìn)行高溫退火以后的結(jié)構(gòu)圖2(f)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，圖2(e)上，用一層與襯底有相同晶格常數(shù)材料的附加層來(lái)進(jìn)一步過(guò)生長(zhǎng)缺陷消除層區(qū)域后的結(jié)構(gòu)。
圖3(a)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在淀積帽層以前，器件的位錯(cuò)晶格失配層典型的位錯(cuò)分布平面圖。
圖3(b)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在淀積帽層以后，器件的位錯(cuò)晶格失配層典型的位錯(cuò)和組分分布的平面圖。
圖3(c)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，器件在經(jīng)過(guò)熱處理步驟后，再以與襯底有相同晶格常數(shù)的材料淀積一薄層后，器件缺陷消除層中典型的位錯(cuò)和組分分布的平面圖。
圖3(d)給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在淀積一帽層，再經(jīng)過(guò)熱處理步驟(接著再以一種和襯底有相同晶格常數(shù)的材料過(guò)生長(zhǎng))以后，器件的缺陷消除層的典型的位錯(cuò)和組分分布的截面圖。
圖4(a)給出在淀積一層帽層以后，再經(jīng)受具有和襯底相同晶格常數(shù)的材料厚層過(guò)生長(zhǎng)及熱處理步驟，在器件的位錯(cuò)層中位錯(cuò)和組成分布的典型平面圖。
圖4(b)給出與圖3c中所示相同器件的位錯(cuò)和組分分布的平面圖，只是在沒(méi)有帽層情況下經(jīng)受退火處理。
圖5給出生長(zhǎng)時(shí)用了缺陷區(qū)蒸發(fā)步驟(點(diǎn)劃線)和不用缺陷區(qū)蒸發(fā)步驟(虛線)器件的發(fā)光光譜。
圖6給出在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中注入激光器結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選設(shè)計(jì)。
圖7給出在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中器件的電致發(fā)光光譜。
發(fā)明詳述基于晶格常數(shù)有很大差別的無(wú)位錯(cuò)外延層上制造半導(dǎo)體器件的一種方法解決了晶格失配生長(zhǎng)的問(wèn)題。并公開(kāi)了用這種方法制造的器件。
參照?qǐng)D1和圖2(a)-(f)，本方法基本上基于幾個(gè)效應(yīng)。在步驟(100)，準(zhǔn)備好基于適應(yīng)于外延生長(zhǎng)的材料(1)上的晶體表面，如圖2(a)所示。材料(1)的晶格表面最好由GaAs，或其他III-V族，II-VI族化合物半導(dǎo)體或它們的合金，或IV族元素半導(dǎo)體和它們的合金，或氧化物(例如Al2O3)組成。該晶體表面有一個(gè)無(wú)應(yīng)變情況下的第一晶格常數(shù)。無(wú)應(yīng)變狀態(tài)能夠在大塊材料或自由支撐薄膜中實(shí)現(xiàn)。在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下所有有關(guān)材料的晶格參數(shù)在手冊(cè)上可以查到。
在步驟(110)中，一個(gè)具有無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下第二晶格常數(shù)的晶格失配層(2)在表面材料(1)的頂部生長(zhǎng)，形成如圖2(b)所示的中間器件結(jié)構(gòu)。晶格失配層(2)最好由III-V族，或II-VI族化合物半導(dǎo)體，或SiGe材料組成，它通常在初始表面(1)的整個(gè)面積上外延生長(zhǎng)，其中晶格失配層(2)在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格常數(shù)和初始表面(1)的晶格常數(shù)不同。該生長(zhǎng)一開(kāi)始按贗晶(pseudomorphically)生長(zhǎng)，生成薄膜的側(cè)向晶格參數(shù)等于表間的晶格常數(shù)。在該階段，因?yàn)榈诙Ц癯?shù)與襯底材料(1)的晶格常數(shù)不同，在晶格失配層(2)中積累顯著的應(yīng)變能量。在某個(gè)臨界厚度上，該應(yīng)變能量在步驟(120)中通過(guò)位錯(cuò)(4)，如象位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，局部缺陷和位錯(cuò)三維原子簇的形成，導(dǎo)致晶格失配層(2)的局部的塑性松馳(paitial plastic relaxation)。該臨界厚度能夠用類似于J.W.Mattheus和A.E.Blackslee，在J.Cryst.Growth 27，118(1974)中所報(bào)告的方法來(lái)估計(jì)。這些位錯(cuò)在圖2(c)中畫(huà)出。在步驟(130)中繼續(xù)淀積晶格失配位錯(cuò)層(2)直到達(dá)到所需厚度。位錯(cuò)層(2)可以有一種波紋表面，以及/或者表示一種組份上被調(diào)制的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
在步驟(110)到(130)期間，晶格失配層(2)最好用向反應(yīng)室提供組成III-V族化合物半導(dǎo)體，或II-VI族半導(dǎo)體或IV族半導(dǎo)體材料的III族和V族元素，II族和VI族元素或VI族元素來(lái)形成。接著開(kāi)始先形成一薄層半導(dǎo)體材料，而每一種元素在一確定的時(shí)間周期內(nèi)提供。位錯(cuò)層(2)的總厚度超過(guò)位錯(cuò)(3)形成所需要的臨界厚度。能夠被使用的生長(zhǎng)技術(shù)的某些例子是分子束外延，金屬-有機(jī)化學(xué)蒸汽淀積，或有關(guān)生長(zhǎng)技術(shù)。步驟(100)到(130)能選擇重復(fù)進(jìn)行，優(yōu)選的是2次到24次。
在得到位錯(cuò)層(2)所需的平均厚度以后，在步驟(140)中，淀積一層具有在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下第三晶格常數(shù)的帽層(4)，第三晶格常數(shù)最好和起始表面的晶格常數(shù)接近，或者至少比起位錯(cuò)層(2)無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格常數(shù)，更接近于起始表面(1)的晶格常數(shù)，或者在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下帽層對(duì)于起始層的晶格失配相對(duì)于在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下位錯(cuò)層對(duì)于起始表面的晶格失配具有不同的符號(hào)。在帽層(4)生長(zhǎng)時(shí)的溫度允許帽層(4)材料的原子向能量有利位置遷移。作為這些條件的結(jié)果，位錯(cuò)層(2)在位錯(cuò)(3)附近的區(qū)域開(kāi)始時(shí)沒(méi)有被帽層(4)所覆蓋。在這些區(qū)域中的晶格常數(shù)是接近于位錯(cuò)層(2)在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格常數(shù)，因而對(duì)于與在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下半導(dǎo)體表面沒(méi)有或者只有小的晶格失配的帽層(4)或者帽層(4)與無(wú)應(yīng)變狀態(tài)的半導(dǎo)體表面的晶格失配具有相反的符號(hào)，這些區(qū)域?qū)τ诿睂?4)的成核在能量上是更不利的。該層總的厚度被保持在這樣一個(gè)程度，使得帽材料的積累離開(kāi)位錯(cuò)層(2)靠近位錯(cuò)(3)開(kāi)口的區(qū)域。帽層(4)的熱蒸發(fā)率最好低于位錯(cuò)層(2)的熱蒸發(fā)率。而起始表面的熱蒸發(fā)率最好小于帽層(4)的熱蒸發(fā)率。
在外延生長(zhǎng)時(shí)襯底(1)的溫度通常足以使在高溫下在表面上具有某個(gè)濃度的半導(dǎo)體材料的吸附原子擴(kuò)散進(jìn)入能量上有利的位置，從而導(dǎo)致在外延淀積時(shí)或外延淀積后帽層(4)的重新分布。因?yàn)榈谌Ц癯?shù)最好接近于襯底(1)的晶格常數(shù)，帽層(4)淀積最好集中在離開(kāi)位錯(cuò)層(2)在位錯(cuò)(3)和/或局部缺陷附近的區(qū)域，因?yàn)樵谶@些區(qū)域的晶格常數(shù)是接近于第二晶格常數(shù)，因而當(dāng)在這些區(qū)域內(nèi)形成帽層(4)時(shí)，帽層(4)淀積有更大應(yīng)變。因而，位錯(cuò)層(2)在位錯(cuò)(3)附近的區(qū)域最好沒(méi)有被覆蓋。帽層(4)的一個(gè)優(yōu)選的分布如圖2(d)中所示。
帽層(4)最好由III-V族，或II-IV族化合物半導(dǎo)體，或SiGe組成。然而，帽層(4)最好有和位錯(cuò)層(2)不同的組成元素的組份比。帽層(4)最好有和無(wú)應(yīng)變狀態(tài)初始表面材料(1)相同的晶格常數(shù)也可以這樣。在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下帽層(4)的晶格常數(shù)與初始表面(1)的晶格常數(shù)不同，但無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下帽層(4)的晶格常數(shù)和初始表面(1)的晶格常數(shù)的差小于位錯(cuò)層(2)在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格常數(shù)和初始表面(1)的晶格常數(shù)的差。在一個(gè)第三實(shí)施方案中，帽層(4)和初始表面(1)在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格失配最好具有位錯(cuò)層(2)和初始表面(2)在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格失配相反的符號(hào)。
在帽層4被淀積以后，在步驟(150)中，襯底溫度被增加到這樣一個(gè)溫度，使得位錯(cuò)層(2)的蒸發(fā)變得顯著。包含位錯(cuò)和局域缺陷(3)并沒(méi)有被帽層(4)覆蓋的區(qū)域被選擇性地腐蝕掉。而被帽層(4)所覆蓋的位錯(cuò)層(2)的區(qū)域保持在表面上。如圖2(e)所示的這樣得到的結(jié)構(gòu)，表示出一個(gè)消除了缺陷的層(2′)的多個(gè)區(qū)域的陣列，它被帽層(4)所覆蓋，并由槽(5)所分開(kāi)，而槽的寬度由腐蝕的時(shí)間和溫度確定。
腐蝕時(shí)間最好選擇得使熱腐蝕導(dǎo)致缺陷的完全蒸發(fā)。在一個(gè)實(shí)施方案中，位錯(cuò)層(2)的各個(gè)區(qū)域的側(cè)向尺寸減小到約20-100nm。
在此情況下，晶格失配缺陷消除層的頂部區(qū)域可以通過(guò)側(cè)向擴(kuò)展進(jìn)槽而彈性松馳。沿著缺陷消除層區(qū)域高度的方向，應(yīng)變分布變得不均勻，而靠近初始表面的區(qū)域積累最高的應(yīng)變能量。這樣腐蝕方案導(dǎo)致缺陷消除層(2′)靠近和初始表面交界處，由于在該區(qū)域高的殘余應(yīng)變而優(yōu)先腐蝕，從而導(dǎo)致為進(jìn)一步外延生長(zhǎng)的蘑菇狀基座。也可以這樣選擇腐蝕溫度和時(shí)間，使得缺陷消除層(2)的各個(gè)區(qū)域的熱腐蝕導(dǎo)致該層(2′)的相當(dāng)大一部份的蒸發(fā)。
在一個(gè)第三實(shí)施方案中，退火步驟在足以使位錯(cuò)(3)倍增的溫度上進(jìn)行。在這個(gè)實(shí)施方案中該區(qū)域最好是20-100nm。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，在某些條件和生長(zhǎng)順序下，用源材料的一種組份來(lái)淀積位錯(cuò)層(2)，通過(guò)局部形成缺陷偶極子，位錯(cuò)原子簇或其他局部缺陷，從而在其鄰近影響在該步驟中形成的半導(dǎo)體材料的平面內(nèi)晶格參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)發(fā)生塑性松馳的區(qū)域。在該實(shí)施方案中，步驟(140)和步驟(150)導(dǎo)致在缺陷消除層(2′)中的局域孔。
在步驟(160)中，用和初始表面一樣的材料組成的附加層(6)被淀積在器件上，以使它過(guò)生長(zhǎng)在帽層(4)上。得到的結(jié)構(gòu)如圖2(f)所示?；蛘?，附加層(6)也可以和初始表面材料(1)不一樣，而是有和初始表面材料(1)的晶格常數(shù)接近的晶格常數(shù)，而進(jìn)行生長(zhǎng)，或者該無(wú)缺陷區(qū)被用作模板以進(jìn)一步外延生長(zhǎng)具有任意晶格參數(shù)的半導(dǎo)體材料。在兩種情況下，該生長(zhǎng)都是按照實(shí)際器件所要求的幾何尺寸來(lái)完成的。附加層(6)最好由III-V族或II-VI族化合物半導(dǎo)體或SiGe，或多層結(jié)構(gòu)組成。從步驟(110)到步驟(160)，依據(jù)要制造的器件最好在步驟(170)中重復(fù)2到40次。在一個(gè)實(shí)施方案中，該層被摻雜以在缺陷消除層(2′)中提供自由電子或空穴濃度，最好在1017-1019cm-3范圍內(nèi)。
步驟140-160被選擇性地重復(fù)最好在2-40次，以提供缺陷的最佳消除。
或者，也可以采用這樣的方法，通過(guò)在這樣的條件下供應(yīng)原材料來(lái)淀積附加層(6)，以實(shí)現(xiàn)一種組成，其晶格常數(shù)不同于無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下半導(dǎo)體表面的晶格常數(shù)，其厚度允許在小區(qū)邊界上形成的應(yīng)變彈性松馳。在這個(gè)實(shí)施方案中，附加層(5)以后的生長(zhǎng)在淀積的邊緣界面上發(fā)生得更快，它導(dǎo)致在所有的槽和孔被填以附加層(5)的材料以前，附加層(5)的側(cè)向合并。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的一個(gè)例子中，初始表面(1)最好由AlYGa1-YAs組成，并淀積在一個(gè)最好由GaAs組成的襯底上。位錯(cuò)層(2)和帽層(3)最好分別由InXGa1-X和AlZGa1-ZAs組成。在步驟(100)中，在GaAs襯底的頂部進(jìn)行AlYGa1-YAs層(1)的初始生長(zhǎng)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)AlYGa1-YAs表面(1)，以適應(yīng)于進(jìn)一步的外延生長(zhǎng)。
在步驟(110)中，InXGa1-XAs層(2)被淀積在AlYGa1-YAs層(1)上。該生長(zhǎng)開(kāi)始以贗晶方式生長(zhǎng)，而彈性應(yīng)變?cè)趯觾?nèi)積累。在某個(gè)臨界厚度，在InXGa1-XAs層(3)中積累的應(yīng)變，在步驟(120)中，通過(guò)位錯(cuò)(3)形成塑性地松馳。或者該應(yīng)變也可以又是塑性地，又是彈性地松馳，既形成位錯(cuò)，又形成InGaAs表面波紋或位錯(cuò)InGaAs原子簇。
在步驟(130)中塑性地松馳的InXGa1-XAs層(2)的進(jìn)一步生長(zhǎng)被繼續(xù)下去。在淀積了所需厚度的InXGa1-XAs層(2)以后，在步驟(140)中，在表面的頂部淀積一層AlZGa1-ZAs層(5)。因?yàn)锳lZGa1-ZAs層(4)的晶格常數(shù)和塑性松馳InXGa1-XAs層(2)的晶格常數(shù)不同，該AlZGa1-ZAs層(4)主要在離開(kāi)位錯(cuò)(3)的區(qū)域中成核。
在獲得AlZGa1-ZAs層(4)的所需厚度后，在步驟(150)中進(jìn)行高溫退火步驟。InXGa1-XAs層(2)被AlZGa1-ZAs層(4)所覆蓋的區(qū)域保持著，而沒(méi)有被覆蓋的InXGa1-XAs區(qū)域(3)從表面蒸發(fā)。位錯(cuò)(3)在結(jié)構(gòu)中不復(fù)存在。
該相干小區(qū)的系統(tǒng)可以用作進(jìn)一步外延生長(zhǎng)。在本例中，可以生長(zhǎng)一層厚的AlYGa1-YAs層(7)，覆蓋在相干的InGaAs之上，并導(dǎo)致一個(gè)相干外延結(jié)構(gòu)。在步驟(170)中步驟(110)-(160)可選擇性地重復(fù)。
這樣得到的小區(qū)的尺寸和形狀依賴于選擇的具體退火條件，而退火步驟可選擇重復(fù)多次，用不同的帽半導(dǎo)體材料和退火時(shí)間，以消除不同類型的位錯(cuò)和局部缺陷，包括，但不限于位錯(cuò)偶極子和自發(fā)形成的位錯(cuò)原子簇。
所得到的結(jié)構(gòu)可以在平面和截面透射電子顯微鏡學(xué)，和高分辨率透射電子顯微鏡學(xué)，掃描隧道顯微鏡學(xué)和原子力顯微鏡學(xué)中從表面?zhèn)然蛟诮孛鎺缀蜗掠^察。
作為另一個(gè)例子，一個(gè)III-V族化合物初始表面1最好由AlXGa1-XAs構(gòu)成，其中X＝0-0.3。位錯(cuò)層(2)是InXGa1-XAs，其中X＝0.3-0.45，并有一10-20nm的優(yōu)選總厚度?；蛘?，位錯(cuò)層(2)的淀積分三個(gè)階段執(zhí)行。首先，最好生長(zhǎng)5nm厚的InXGa1-XAs層，其中X＝0.1-0.15。接著在第二階段，最好生長(zhǎng)10nm厚的InXGa1-XAs層，其中X＝0.3-0.45，在第三階段，最好生長(zhǎng)5nm厚的InXGa1-XAs層，其中X＝0.1-0.15。這三步過(guò)程導(dǎo)致在室溫下光發(fā)射和電致發(fā)光發(fā)射的波長(zhǎng)為1.3-1.4μm。如果InXGa1-XAs層摻以最好為1-5％的氮，那么在室溫下光發(fā)射及電致發(fā)光發(fā)射的波長(zhǎng)為1.3-1.6μm。
在本例中，帽層(4)最好由AlXGa1-XAs組成，其中X＝0.3-1。帽層(4)有一個(gè)4nm的優(yōu)選厚度。位錯(cuò)層(2)是InXGa1-XAs，其中X＝0.3-0.45，并有一個(gè)10-20nm的優(yōu)選總厚度。分別在步驟(110)(130)和(140)中位錯(cuò)層(2)和帽層(3)的淀積是在最好為450°-600℃的生長(zhǎng)溫度下進(jìn)行的，而退火和蒸發(fā)步驟(150)是在最好為650°-750℃下進(jìn)行約1分鐘。含砷材料或者被連續(xù)供應(yīng)或間斷供應(yīng)。在步驟(160)中的附加層的淀積最好在600°-750℃下執(zhí)行。在這一步驟中形成的層是AlXGa1-XAs，其中X＝0-0.3。這樣的淀積導(dǎo)致室溫下光發(fā)射或電致發(fā)光發(fā)射的波長(zhǎng)為1.2-1.3μm。用這種方法形成的器件最好置于夾在作為分布式布拉格反射器的二個(gè)多層結(jié)構(gòu)之間的p-n結(jié)的內(nèi)部，并作為一個(gè)垂直-腔表面-發(fā)射激光器，最好在1.3到1.55μm范圍內(nèi)發(fā)射。在這個(gè)例子中，步驟(110)到(160)最好在多層布拉格反射器的頂部進(jìn)行。
在另外的情況下，用這種方法形成的器件最好置于夾在具有較低折射系數(shù)包層之間的p-n結(jié)內(nèi)，并作為一個(gè)邊緣發(fā)射激光器，最好在1.3到1.55μm范圍內(nèi)發(fā)射。
在這個(gè)例子中，步驟(110)到步驟(160)最好在一個(gè)多層結(jié)構(gòu)的頂部進(jìn)行。該多層結(jié)構(gòu)包括一片GaAs襯底，摻雜到最好為1018cm-3的自由電子濃度。一AlXGa1-XAs層，其中X＝0.4-0.8，厚度最好為1-2μm，摻雜到最好為5×1017cm-3的自由電子濃度。一第二AlXGa1-XAs層，其中X＝0-0.3，最好為0.1-0.4μm厚，摻雜到最好低于5×1016cm-3的自由電子或自由空穴的濃度。由步驟(110)到步驟(160)形成的半導(dǎo)體區(qū)域被以下各層所覆蓋一層AlXGa1-XAs層，最好為0.1-0.4μm的厚度，最好X＝0-0.3的組份，摻雜到最好低于5×1016cm-3的自由電子或自由空穴濃度，一AlXGa1-XAs層，最好為1-2μm的厚度，最好X＝0.4-0.8的組份，摻雜到最好為5×1017cm-3的自由空穴濃度，以及一層GaAs帽層，摻雜到高于1018cm-3的自由空穴濃度。在這個(gè)實(shí)施方案中，金屬接觸層被淀積和被退火，以形成與n-GaAs襯底和頂部的p-接觸層的金屬接觸，從而形成一個(gè)工作在室溫下的注入激光器器件，其波長(zhǎng)范圍等于或超出1.3μm。
按照所提出的生長(zhǎng)順序給出了本方法的另一個(gè)例子。同樣參照?qǐng)D3(a)和(b)，它們給出了位錯(cuò)和組成圖，這二張圖是按照器件的截面(a)和平面(b)透射電子顯微學(xué)(TEM)象得到的，該器件有一個(gè)初始20nm厚的In0.3Ga0.7As層(2)，它淀積在一個(gè)Al0.2Ga0.8As表面(1)上，其覆蓋了一層2nm厚的AlAs層(4)。該器件在原地(in situ)金屬-有機(jī)化學(xué)蒸汽淀積(MOCVD)反應(yīng)器內(nèi)，在氫氣氛中，在沒(méi)有砷化三氫(AsH3)流的情況下，在750℃下經(jīng)受高溫退火，并覆蓋一層Al0.2Ga0.8As層(6)。該結(jié)構(gòu)在(100)取向的GaAs襯底上生長(zhǎng)。對(duì)于其他方面相同，只是用分子束外延制造的樣品得到類似的分布圖。在位錯(cuò)In0.3Ga0.7As層生長(zhǎng)以后的分布圖如圖3(a)所示。觀察到一個(gè)象沿著{100}方向傳播的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。還觀察由于局部缺陷引起的局部暗色的缺陷。帶有淀積帽AlAs層結(jié)構(gòu)的分布圖如圖3b所示。在圖中可以看到，AlAs離開(kāi)位錯(cuò)和缺陷區(qū)域成核。對(duì)帶有AlAs帽層(4)的樣品腐蝕導(dǎo)致包含位錯(cuò)的InGaAs區(qū)域局部地腐蝕掉，如圖3(c)所示。無(wú)位錯(cuò)InGaAs區(qū)域的側(cè)向尺寸小于在圖3(a)中沒(méi)有退火樣品中位錯(cuò)的平均距離，這是因?yàn)樵谕嘶饡r(shí)的腐蝕效應(yīng)和位錯(cuò)倍增效應(yīng)。易受退火和AlGaAs過(guò)生長(zhǎng)的樣品的截面組份圖在圖3(d)中給出。無(wú)缺陷InGaAs區(qū)有一種蘑菇狀，因?yàn)镮n0.3Ga0.7As層(3)在靠近和初始表面1的界面處的區(qū)域，以更高的速率被熱腐蝕，這是因?yàn)檫@些區(qū)域的應(yīng)變能是最高的。位錯(cuò)(3)已經(jīng)消失，而In0.3Ga0.7As層(2)的被腐蝕掉的區(qū)域已被填充以Al0.2Ga0.8As(5)。形成的區(qū)域的對(duì)稱性與主軸沿著(001)和(010)方向初始位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱性是不同的，但與R，Beauland，M.A.Loureuco，K.P.Homewood，Microscopy.fSemiCouduetor Mateyi′al.EdsA.G.Gullis，J.L.Hutchinson，Inst.phys.couf.Series，1997，V157，Iop，pp，145-148關(guān)于承受高溫退火的位錯(cuò)層導(dǎo)致位錯(cuò)(3)的倍增，所報(bào)告的相同。因而在本發(fā)明中位錯(cuò)(3)的倍增是被容忍的，因?yàn)锳lGaAs帽層(4)會(huì)在位錯(cuò)倍增階段新位錯(cuò)部份上重新分布。另一方面，該效應(yīng)可以有意地用來(lái)調(diào)整相干區(qū)的尺寸到所需的側(cè)向尺寸。
圖4(a)給出按照和在圖3(c)中所示相同的器件，不過(guò)在淀積了厚的附加AlGaAs層(5)以后再退火，這樣一個(gè)器件的平面透射電子顯微鏡象所得到的組份和位錯(cuò)圖。在這個(gè)情況下，比起在圖3a中剛淀積的位錯(cuò)InGaAs層，位錯(cuò)和缺陷的密度增加了。這是由于眾所周知的位錯(cuò)倍增過(guò)程引起的。因而只是退火在處理步驟中的順序不對(duì)，即與在本發(fā)明中所述的步驟(100)-(170)相違背，只會(huì)導(dǎo)致器件的惡化。
圖4(b)給出按照這樣一個(gè)器件的平面透射電子顯微鏡象得到的組成和位錯(cuò)圖，該器件與在圖3(c)中所示的相同，不過(guò)在沒(méi)有AlAs帽層(5)下退火，以表明生長(zhǎng)帽層的步驟對(duì)于無(wú)缺陷相干區(qū)的形成是決定性的。該退火是在如圖2(c)所示的階段上進(jìn)行的。這個(gè)結(jié)構(gòu)在所有其生長(zhǎng)順序上都和圖3所討論的相同，只是在沒(méi)有AlGaAs帽層(5)下退火。這時(shí)有明顯的表面惡化以及銦滴(6)的局部形成。因而戴以一個(gè)具有溫度穩(wěn)定性的帽層(5)，例如，一個(gè)AlGaAs層是保護(hù)下面相干區(qū)的關(guān)鍵點(diǎn)，而這個(gè)相干區(qū)是為了減少缺陷的蒸發(fā)過(guò)程中從原來(lái)位錯(cuò)層形成的。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，還包含進(jìn)一步外延生長(zhǎng)。在缺陷消除層的相干區(qū)在表面上形成以后，再按照實(shí)際器件的所需幾何，生長(zhǎng)另一層半導(dǎo)體材料或多層結(jié)構(gòu)，其平均晶格常數(shù)接近于下面半導(dǎo)體表面的晶格常數(shù)。在此情況下，相干區(qū)被插在具有和表面相同晶格參數(shù)的單晶基體中間。這樣的方法是，例如，有利于在GaAs襯底上制造長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器，它是用相干應(yīng)變InGaAs區(qū)嵌入到(Al)GaAs基體中，并作為器件的有源介質(zhì)。
在圖5中，給出這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)的室溫光致發(fā)光(PL)譜，該結(jié)構(gòu)是一層6nm厚的InXGa1-XAs層(3)，其平均銦組份X＝0.3-0.35，它處于GaAs(1，5)基體內(nèi)，該基體用分子束外延在襯底溫度為500℃下生長(zhǎng)的。沒(méi)有缺陷消除步驟生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)的PL譜用虛線給出。按照建議的順序(100)-(160)生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)的PL譜在圖5中用點(diǎn)劃線給出，其中用2nm AlAs帽層，用700℃的退火溫度，時(shí)間為1分鐘，不通以砷的通量流，再覆蓋以30nm厚的GaAs層。顯然缺陷消除技術(shù)導(dǎo)致PL的強(qiáng)度增加超過(guò)四個(gè)數(shù)量級(jí)。
本發(fā)明還公開(kāi)了其他實(shí)際應(yīng)用。例如，本技術(shù)的一個(gè)具體應(yīng)用是用以制造二極管激光器。在二極管激光器中，位錯(cuò)和其他缺陷，象缺陷偶極子和局部形成的位錯(cuò)原子簇是特別有害的。它們起著注入載流子非幅射復(fù)合通道的作用，導(dǎo)致器件性能的惡化和使用壽命的下降。圖6給出一個(gè)具有分開(kāi)的電子和光學(xué)約束的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器。該注入激光器結(jié)構(gòu)包括一個(gè)最好為1-2μm厚摻Si(最好摻到3-5·1017cm-3)的AlXGa1-XAs(X＝0.3-0.8)的包層(9)，它在750℃下用分子束外延生長(zhǎng)在一片摻Si(最好摻到2-3·1018cm-3)的GaAs襯底(8)上。在Al0.5Ga0.5As包層(9)的頂部，在600℃下，生長(zhǎng)一層最好為0.3μm厚(最好摻雜到小于1-5·1016cm-3)的n型GaAs層(1)，它提供了為晶格失配InGaAs層(3)生長(zhǎng)的起始表面。一層InGaAs位錯(cuò)層(2)，其平均銦組份最好為30-35％，而厚度最好為5-10nm，最好在溫度450-550℃淀積，并覆蓋以一層4nm厚的AlAs層(4)。InGaAs位錯(cuò)層(2)的厚度超過(guò)了贗晶生長(zhǎng)的臨界厚度。再用按照步驟110-160的缺陷退火步驟，如此重復(fù)最好三次(170)，而附加GaAs層(5)厚度最好為20-30nm。在這以后，在頂部再生長(zhǎng)一層最好為0.3μm厚，最好有低于5·1016cm-3空穴濃度的附加GaAs層。在其頂上生長(zhǎng)一層AlXGa1-XAs(X＝0.3-0.8)的包層(10)，最好為1-2μm厚，p型摻雜(最好摻雜到3-5·1017cm-3)，再覆蓋以一層p摻雜GaAs層(最好摻雜到3-5·1018cm-3)(13)。用光刻工藝得到一個(gè)脊條結(jié)構(gòu)，并用了SiNx隔離層(11)和p-金屬接觸(12)層(Ti-Pt-Au)。在襯底側(cè)，則淀積一層Ni-Au-Ge金屬接觸層(7)并加以退火。
用此方法制得的典型注入式激光器結(jié)構(gòu)的激光器譜如圖7所示。器件的腔體長(zhǎng)度是2mm，用了沒(méi)有涂覆的面(facet)。激光發(fā)射的波長(zhǎng)典型地位于1.26-1.29μm。
把本技術(shù)用于發(fā)射1.3-1.55μm激光的，在GaAs上的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器也是重要的。該應(yīng)用不能用已有技術(shù)的應(yīng)變層方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是由于應(yīng)變層的塑性松馳導(dǎo)致非常高的缺陷密度。然而，用上述方法，制造了在GaAs襯底上發(fā)射1.3μm激光的無(wú)缺陷注入式激光器。其閾值電流密度在300K時(shí)，在邊緣幾何結(jié)構(gòu)中是約70A/cm2，而在垂直腔體表面發(fā)射激光器幾何結(jié)構(gòu)下＜1.5KA/cm2。在室溫下輸出功率分別約3W和0.8mW CW。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，通常由于位錯(cuò)之間的彈性相互作用而有序化的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的式樣，不受蒸發(fā)步驟的影響。當(dāng)襯底溫度和加熱時(shí)間只是以蒸發(fā)在位錯(cuò)附近位錯(cuò)層的非常窄的區(qū)域時(shí)就出現(xiàn)這種情況。在此情況下，相干應(yīng)變區(qū)與由原來(lái)的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)所確定的區(qū)域有相同的尺寸和形狀。
在又一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)帽層足夠厚以保持位錯(cuò)層開(kāi)口表面區(qū)域小時(shí)，用了高的襯底溫度和長(zhǎng)的退火時(shí)間。在這個(gè)實(shí)施方案中，在退火時(shí)位錯(cuò)倍增，導(dǎo)致小的側(cè)向尺寸的小區(qū)的形成。這些小區(qū)通過(guò)彈性-應(yīng)變襯底相互作用。對(duì)于第一種和第二種半導(dǎo)體材料和襯底材料的適當(dāng)?shù)膸秾?duì)準(zhǔn)情況下，可以形成量子尺寸納米結(jié)構(gòu)的有序排列。對(duì)于與襯底有高的晶格失配的層并有高的退火溫度，這個(gè)實(shí)施方案是優(yōu)選的。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，無(wú)缺陷區(qū)域用作具有任意晶格參數(shù)的半導(dǎo)體材料進(jìn)一步外延生長(zhǎng)的模板，而器件是在該結(jié)構(gòu)的頂部形成的。例如，這個(gè)實(shí)施方案對(duì)于在紅寶石或SiC襯底上，形成無(wú)位錯(cuò)的(Al)GaN區(qū)，并用于以后過(guò)生長(zhǎng)無(wú)位錯(cuò)的(Al)GaN薄膜是有利的。
用本發(fā)明的方法能夠制造的器件的一些例子包括二極管激光器，光發(fā)射二極管，光放大器，隧道二極管，光探測(cè)器，遠(yuǎn)紅外帶間檢測(cè)器，帶間遠(yuǎn)紅外發(fā)射器，太陽(yáng)能電池，和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件。
相應(yīng)地，應(yīng)當(dāng)理解到，此處所描述的本發(fā)明的實(shí)施方案只是來(lái)說(shuō)明本發(fā)明原理的應(yīng)用。此處對(duì)于所述實(shí)施方案的細(xì)節(jié)的參照并不對(duì)權(quán)利要求的范圍形成限制，而權(quán)利要求書(shū)陳述了發(fā)明人認(rèn)為本發(fā)明基本的特征。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該器件被淀積在適宜進(jìn)行外延生長(zhǎng)的一個(gè)表面上，該表面具有一個(gè)第一晶格常數(shù)和一個(gè)第一熱蒸發(fā)率，該方法包含以下步驟a)淀積一晶格失配層，它有在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的一個(gè)第二晶格常數(shù)，該常數(shù)不同于所述表面的晶格常數(shù)，其中晶格失配層有一個(gè)第二熱蒸發(fā)率，其中晶格失配層被淀積直到在晶格失配層內(nèi)至少產(chǎn)生一個(gè)位錯(cuò)并達(dá)到所需的厚度為止；b)淀積一帽層，它有一個(gè)第三晶格常數(shù)和一個(gè)第三熱蒸發(fā)率，其中第三熱蒸發(fā)率低于第二蒸發(fā)率，以使帽層至少在晶格失配層的一個(gè)區(qū)域內(nèi)形成晶核，以使至少一個(gè)位錯(cuò)不被帽層所覆蓋；以及c)在一定溫度下和持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)該器件退火，以使該至少一個(gè)位錯(cuò)由于晶格失配層附近區(qū)域的局部蒸發(fā)而消除。
2.權(quán)利要求1的方法，還包含在步驟(a)之前，在該表面上淀積一外延層的步驟。
3.權(quán)利要求2的方法，還包含在步驟(c)以后，在器件上過(guò)生長(zhǎng)一外延層的附加層的步驟。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該至少一個(gè)位錯(cuò)是從包括下述各項(xiàng)的組中選出a)至少一個(gè)位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)；b)至少一個(gè)局部位錯(cuò)；c)至少一個(gè)局部缺陷偶極子；以及d)至少一個(gè)位錯(cuò)三維原子簇。
5.權(quán)利要求1的方法，其中帽層在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格常數(shù)和該表面的晶格常數(shù)之間的差小于晶格失配層的晶格常數(shù)和該表面的晶格常數(shù)之間的差，或者與它符號(hào)相反。
6.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)用從包括下述各項(xiàng)的組中選出的生長(zhǎng)技術(shù)來(lái)完成的a)分子束外延淀積；以及b)金屬-有機(jī)化學(xué)蒸汽淀積。
7.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)和(b)被重復(fù)2次到20次。
8.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)和(c)被重復(fù)2到40次。
9.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)到(c)被重復(fù)2到40次。
10.權(quán)利要求1的方法，其中半導(dǎo)體器件從包括下述各項(xiàng)的組中選出a)二極管激光器；b)光發(fā)射二極管；c)光檢測(cè)器；d)光放大器；e)遠(yuǎn)紅外帶內(nèi)檢測(cè)器；f)帶內(nèi)遠(yuǎn)紅外發(fā)射器；g)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管；h)共振隧道二極管；i)太陽(yáng)能電池j)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件k)電流注入邊緣發(fā)射激光器；以及l(fā))垂直腔表面發(fā)射激光器。
11.一種半導(dǎo)體器件，該器件被淀積在適宜進(jìn)行外延生長(zhǎng)的一個(gè)表面上，該表面具有一個(gè)第一晶格常數(shù)和一個(gè)第一熱蒸發(fā)率，該器件包括以下步驟的方法制造a)淀積一晶格失配層，它有在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的一個(gè)第二晶格常數(shù)，該常數(shù)不同于所述表面的晶格常數(shù)，其中晶格失配層有一個(gè)第二熱蒸發(fā)率，其中晶格失配層被淀積直到在晶格失配層內(nèi)至少產(chǎn)生一個(gè)位錯(cuò)并達(dá)到所需的厚度為止；b)淀積一帽層，它有一個(gè)第三晶格常數(shù)和一個(gè)第三熱蒸發(fā)率，其中第三熱蒸發(fā)率低于第二蒸發(fā)率，以使帽層至少在晶格失配層的一個(gè)區(qū)域內(nèi)形成晶核，以使至少一個(gè)位錯(cuò)不被帽層所覆蓋；以及c)在一定溫度下和持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)該器件退火，以使該至少一個(gè)位錯(cuò)由于晶格失配層附近區(qū)域的局部蒸發(fā)而消除。
12.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中制造方法還包含在步驟(a)之前，在該表面上淀積一外延層的步驟。
13.權(quán)利要求12的半導(dǎo)體器件，其中制造方法還包含在步驟(c)以后，在器件上過(guò)生長(zhǎng)一外延層的附加層的步驟。
14.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中該至少一個(gè)位錯(cuò)是從包括下述各項(xiàng)的組中選出a)至少一個(gè)位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)；b)至少一個(gè)局部位錯(cuò)；c)至少一個(gè)局部缺陷偶極子；以及d)至少一個(gè)位錯(cuò)三維原子簇。
15.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中帽層在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格常數(shù)和該表面的晶格常數(shù)之間的差小于晶格失配層的晶格常數(shù)和該表面的晶格常數(shù)之間的差，或者與它符號(hào)相反。
16.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中步驟(a)用從包括下述各項(xiàng)的組中選出的生長(zhǎng)技術(shù)來(lái)完成的a)分子束外延淀積；以及b)金屬-有機(jī)化學(xué)蒸汽淀積。
17.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中步驟(a)和(b)被重復(fù)2次到20次。
18.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中步驟(b)和(c)被重復(fù)2到40次。
19.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中步驟(a)到(c)被重復(fù)2到40次。
20.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體器件從包括下述各項(xiàng)的組中選出a)二極管激光器；b)光發(fā)射二極管；c)光檢測(cè)器；d)光放大器；e)遠(yuǎn)紅外帶內(nèi)檢測(cè)器；f)帶內(nèi)遠(yuǎn)紅外發(fā)射器；g)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管；h)共振隧道二極管；i)太陽(yáng)能電池j)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件k)電流注入邊緣發(fā)射激光器；以及l(fā))垂直腔表面發(fā)射激光器。
全文摘要
本發(fā)明的方法從生長(zhǎng)在有不同晶格常數(shù)的襯底頂部的，原來(lái)位錯(cuò)和/或富于缺陷的晶格失配層，產(chǎn)生相干無(wú)位錯(cuò)區(qū)域，而不包含在晶格失配層生長(zhǎng)之前或以后的任何處理步驟。該過(guò)程優(yōu)選地在位錯(cuò)層的頂部原地形成一層帽層。該帽層最好有和下面襯底接近的晶格參數(shù)，而與在無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下的晶格失配層的晶格參數(shù)不同。在這些條件下，該帽層在位錯(cuò)附近的區(qū)域受到彈性排斥，因?yàn)樵谠撎幘Ц駞?shù)和襯底的晶格參數(shù)差別最大。在這些區(qū)域帽層不復(fù)存在。當(dāng)帽層比起下面的晶格失配層有一個(gè)較低的熱蒸發(fā)率時(shí)，晶格失配層包含位錯(cuò)的那些區(qū)域就在足夠高的溫度下被選擇性地蒸發(fā)，而在襯底上只留下原先富于位錯(cuò)的晶格失配層的相干、無(wú)缺陷區(qū)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在無(wú)襯底上形成的無(wú)缺陷區(qū)的尺寸被優(yōu)選地調(diào)到30－1000nm范圍，這依賴于退火條件，帽層的厚度和晶格失配。也同時(shí)公開(kāi)了用本方法制作的器件。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1529902SQ02809544
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2002年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月9日
發(fā)明者尼古拉·尼古拉耶維奇·列堅(jiān)佐夫, 尼古拉 尼古拉耶維奇 列堅(jiān)佐夫 申請(qǐng)人:尼古拉·尼古拉耶維奇·列堅(jiān)佐夫, 尼古拉 尼古拉耶維奇 列堅(jiān)佐夫