[发明专利]磷砷化镓包覆材料在砷化镓衬底上的外延生长

说明书

一种半导体器件制造方法，其中，在生长工艺之后进行覆盖工艺，在所述覆盖工艺中，将含荧光体材料覆盖层沉积在最终的基于GaAs的层上。能够从反应室中移出容纳许多此类衬底的晶片，以在以后的时间继续处理而无需在最终的基于GaAs的层上产生氧化层。在连续处理中，分解工艺选择性地分解含荧光体材料覆盖层，此后进行再生长工艺以生长所述器件结构的其它层。在器件制造期间，所述覆盖工艺、分解工艺和再生长工艺能够在晶片上的半导体器件上重复多次。

相关申请的交叉引用

本申请主张于2018年5月11日提交的美国临时专利申请序列号62/670,082的优先权和权益，其全部内容通过引用包含于此。

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不适用

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背景技术

1.技术领域

本发明的技术大体上涉及半导体发光体，更具体地涉及垂直腔面发射器件和其他集成光电器件的制造中的外延生长。

2.背景讨论

垂直腔面发射激光器(VCSEL)在包括电信、传感和打印的多个领域中都有所应用。近年来，高对比度光栅VCSEL(HCG-VCSEL)引起了研究人员的极大兴趣。与使用两个DBR作为顶部和底部反射器的常规VCSEL相比，HCG-VCSEL晶片通过HCG镜代替顶部DBR镜提供了更高的外延要求。另外，HCG镜在VCSEL中提供偏振和横向模式控制。通过将微机电结构(MEMS)与HCG镜集成在一起，能够通过更改腔体长度来连续调整激光波长。这些MEMS-VCSEL在3D传感、光学相干断层扫描(OCT)以及光检测和测距(LIDAR)系统中实现了新应用。

与通常3μm厚的常规顶部DBR相比，HCG反射器是约几百纳米厚的薄层。因此，对于HCG-VCSEL而言，底部DBR镜是整个外延生长中最厚的结构。对于在约920～1100nm的波长范围内发射的VCSEL，通常将InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱用作有源区，而底部DBR容纳Al组成高的AlAs或AlGaAs。

考虑到两种材料需要不同的生长温度和反应器条件，单次连续生长会带来巨大挑战并且能够损害生长精度。另外，当仅部分层不满足要求时，这可能是低效的工艺。

因此，所提出的技术克服了对连续制造工艺的需求，且提供了额外的益处。

发明内容

描述了一种用于基于GaAs的器件的高精度半导体制造再生长方法，并且已在制造垂直腔面发射激光器(VCSEL)中进行了测试。应当理解，该方法能够用于制造其他光电器件或甚至其他半导体器件，如利用基于GaAs的衬底和层的半导体器件。本公开提供了在预合格的GaAs/AlGaAs DBR衬底上再生长HCG-VCSEL或其他光电器件以减少工程和开发时间并同时实现更高的晶圆产量的能力。此外，将理解的是，大多数创新发生在有源区域中，仅仅在有源区域上方或下方，或在HCG反射器中，而DBR衬底在每次运行中都是重复的结构。因此，在一个满载的反应器中生长许多DBR衬底并且以较低的量连续在DBR衬底上再生长的能力能够显著降低成本并缩短创新周期。

再生长界面对于获得良好的再生长质量而言至关重要。酸用于去除GaAs表面上的原生氧化物，但也会留下残留物和污染物，其作为蚀刻工艺的副产物而产生。这些杂质能够在外延生长期间在高温处理下持续存在，并且引起再生长层中的缺陷或位错。