專利名稱：半導體熱處理工藝與設(shè)備及由該工藝熱處理的半導體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導體熱處理工藝與設(shè)備以及利用該工藝進行熱處理的化合物半導體，詳細講，涉及II-VI族化合物半導體(用周期表的族表示)熱處理工藝與設(shè)備以及利用該工藝進熱處理的II-VI族化合物半導體。
近年來，已經(jīng)見到利用新穎的概念來開發(fā)生產(chǎn)白光LED的技術(shù)，其中，白光是通過混合由在ZnSe基片上形成的活性層發(fā)出的短波光與由受活性層的發(fā)光激活的ZnSe基片本身發(fā)出的長波光而獲得的。對于白光LED的情況，要利用基片本身光輻射就必須使用ZnSe基片。
結(jié)果，就用單晶體ZnSe基片作為發(fā)光器件的基片。為簡化器件結(jié)構(gòu)以改善器件性能，就必須增大基片的導電率，或者降低電阻率。然而，利用物理蒸汽遷移法(PVT)和晶粒法(GG)生產(chǎn)的慣用的大塊ZnSe單晶因為不摻雜(沒有施主雜質(zhì)被摻入)而電阻率高。
通過在Zn-Al熔融液中對其進行熱處理可以降低ZnSe單晶的電阻率。這一方法的例子由G.Jones和J.Woods在收入物理學雜志1976年9卷799-810頁的一篇論文中提出。根據(jù)該方法，在ZnSe單晶中擴散的Al起施主雜質(zhì)的作用，同時，Zn空穴的濃度降低。這些現(xiàn)象可增大Al的活化率以及n型載流子的密度。因此。就能獲得標的電阻率。
然而。這種熱處理工藝不能避免冷卻時熔融液對ZnSe單晶的粘附。因此，ZnSe與熔融液間的熱膨脹的差異導致的應力會增大ZnSe單晶的晶格位錯密度，顯著降低結(jié)晶率。這樣，用該工藝生產(chǎn)的發(fā)光器件就產(chǎn)生了使用壽命縮短的問題。
為解決這一問題，日本2839027號專利公開了一項工藝，把在其表面上形成一層薄Al膜的ZnSe單晶放入一個密封的石英容器中，在鋅蒸氣氣氛中進行熱處理。對于在熱處理之前晶格位錯密度至少為5×104cm-2的基片，該工藝能消除晶格位錯密度的顯著增大。
然而，該工藝存在一個問題，當結(jié)晶度較高，晶格位錯密度較小的基片在相同條件下進行熱處理時，晶格位錯密度隨著Al膜的厚度的增大而增大。更準確地講，當晶格位錯密度小于5×104cm-2的基片用于厚度至少為40nm的Al膜時，晶格錯位密度增大。當Al膜厚度降低時，這一增大能夠避免。然而，熱處理之后ZnSe基片的載流子密度取決于熱處理之前Al膜的厚度，因此，當Al膜厚度降低時，ZnSe基片的載流子密度下降而電阻率增大。更準確地說，根據(jù)傳統(tǒng)工藝，當AL膜厚度降至不足40nm時，載流子密度至少降至6×1017cm-3。
換言之，傳統(tǒng)工藝存在問題，當增大Al膜厚度以通過增大載流子密度的方式來降低電阻率時，晶格位錯的密度增大，而且，當減小Al膜厚度以降低晶格位錯密度時，則載流子密度降低，這就增大了電阻率。
本發(fā)明的對II-VI化合物半導體進行熱處理的工藝包括以下步驟(a)、至少讓一種II-VI化合物半導體在具有由從一個組中選出的至少一種物質(zhì)形成的內(nèi)表面的熱處理室中與鋁接觸，這個組由熱解氮化硼(pBN)，六方晶系氮化硼(hBN和wBN)，藍寶石，剛玉(Al2O3)，氮化鋁(AlN)，以及多晶體金剛石組成；(b)、在含有一個或幾個II-VI化合物半導體的II族元素組成部分的氣氛中對一個或幾個II-VI化合物半導體進行熱處理。
在上述描述中，hBN表示結(jié)構(gòu)與六方晶系的石墨相似的低壓相氮化硼，而wBN表示具有六方晶系釬鋅礦結(jié)構(gòu)的氮化硼。
根據(jù)本發(fā)明的包括上述工序的熱處理工藝，熱處理室的內(nèi)表面是由從由pBN，hBN，wBN，藍寶石，Al2O3，AlN，以及多晶體金剛石組成的組中選出的至少一種材料形成的。這些材料在熱處理溫度中是穩(wěn)定的，不與II-VI化合物半導體起化學反應，并且不會由于雜質(zhì)而污染II-VI化合物半導體。因此，在熱處理期間，與II-VI化合物半導體的表面接觸的鋁的量的增大不會使半導體中的晶體缺陷的數(shù)量增大。這樣，就可以把大量的鋁摻雜到半導體中以降低電阻率，又不會降低結(jié)晶度。
該熱處理工藝還可以包括在對一個或幾個II-VI化合物半導體進行熱處理的工序之前用真空泵抽空熱處理室的工序。這種抽真空能夠排除殘留在熱處理室中的氣態(tài)雜質(zhì)，以防止在一個或幾個半導體中產(chǎn)生晶體缺陷。
該熱處理工藝還可以通過在一個或幾個II-VI化合物半導體的表面上形成鋁膜的方式來執(zhí)行。鋁膜的形成增大了一個或幾個半導體與鋁的接觸而積。這樣，就能增大摻雜鋁的量。
上述鋁膜的厚度可為1至200nm。
該熱處理工藝還可以通過在熱處理室中放入在它們的表面上具有鋁膜的兩個II-VI化合物半導體的方法來執(zhí)行，這樣，鋁膜就處于相互接觸之中。
該熱處理可以在660至1200℃的溫度條件下執(zhí)行。
該熱處理還可以執(zhí)行1至800個小時。
該熱處理工藝可以通過按照1至200℃/min(℃/分鐘)的速率對經(jīng)過熱處理的一個或幾個II-VI化合物半導體進行冷卻的方式來執(zhí)行。
前面所述的對經(jīng)過熱處理的一個或幾個II-VI化合物半導體的熱處理可以通過在熱處理室內(nèi)提供一個溫度比一個或幾個半導體的溫度低1至100℃的部分的方式來進行。
由該熱處理工藝熱處理的一個或幾個II-VI化合物半導體可以用ZnSe制成。
本發(fā)明的一個II-VI化合物半導體通過下列工序進行熱處理(a)、讓至少一個II-VI化合物半導體在具有由從一個組中選出的至少一種物質(zhì)形成的內(nèi)表面的熱處理主中與鋁接觸，該組由熱解氮化硼，六方晶系氮化硼，藍寶石，剛玉，氮化鋁，以及多晶體金剛石組成；(b)、在含有一個或幾個II-VI化合物半導體的II族元素組成部分的氣氛中對II-VI化合物半導體進行熱處理。
通過上述工序熱處理的II-VI化合物半導體鋁的濃度可為1×1016至5×1020cm-3，而晶格位錯密度在從主表面到300μm的深度這一區(qū)域中至多為5×104cm-2。
本發(fā)明的II-VI化合物半導體熱處理設(shè)備包括一個用于容納將被處理的至少一個II-VI化合物半導體的熱處理室。該熱處理室的內(nèi)表面是由從pBN，hBN，wBN，藍寶石，Al2O3，AlN，以及多晶體金剛石組成的一個組中選出的至少一種材料形成的。
根據(jù)本發(fā)明的該設(shè)備，形成熱處理室內(nèi)表面的材料在熱處理溫度中是穩(wěn)定的，不與II-VI化合物半導體起化學反應，并且不會由于雜質(zhì)而污染II-VI化合物半導體。因此，在熱處理期間，設(shè)備能夠抑制II-VI化合物半導體中晶格錯位的發(fā)生。因此，該設(shè)備能夠生產(chǎn)晶體缺陷少而電阻率低的II-VI化合物半導體。
在該設(shè)備的熱處理室中可以設(shè)置一個隔離件，用以隔離一個或多個II-VI化合物半導體與置于同一熱處理室中的II族元件，即該一個或多個半導體的II族元素組成部分。
在這種情況下，該隔離件可以避免一個或多個II-VI化合物半導體與II族元件接觸。因此，一個或多個II-VI化合物半導體的結(jié)晶度下降就能得以避免。
該隔離件的表面可以由從由pBN，hBN，wBN，藍寶石，Al2O3，AlN，以及多晶體金剛石組成的組中選出的至少一種材料形成的。
這些材料在熱處理溫度中是穩(wěn)定的，不與II-VI化合物半導體發(fā)生化學反應，并且不會由于雜質(zhì)而污染II-VI化合物半導體。因此，這些材料使具有低電阻率又不降低結(jié)晶率的II-VI化合物的生產(chǎn)成為可能。
該II-VI化合物半導體熱處理設(shè)備還可以包括一個機殼，用以密封熱處理室。該機殼能用真空泵抽真空以降低熱處理室內(nèi)的壓力。
根據(jù)本發(fā)明，采用上述結(jié)構(gòu)能夠在對II-VI化合物半導體如ZnSe晶體進行熱處理以便把Al擴展到晶體中去的同時避免Al與石英發(fā)生化學反應。因此，本發(fā)明可提供具有優(yōu)良結(jié)晶性的導電ZnSe晶體。
圖2是一個截面圖，示出了一個傳統(tǒng)的熱處理設(shè)備。
在本發(fā)明中，熱處理可以通過把升高的溫度維持于固定的水平，在改變溫度后將其維持于不同的水平，或者隨著時間而持續(xù)改變溫度等方式進行。
本發(fā)明者對用傳統(tǒng)熱處理工藝進行熱處理時在ZnSe基片中晶格位錯增大的原因進行了研究。圖2是一個截面圖，示出了一個傳統(tǒng)的熱處理設(shè)備。傳統(tǒng)的熱處理設(shè)備130包括一個象安瓿樣子的石英容器(以下稱為“安瓿”)101；一個石英封帽102，裝入石英安瓿101，以形成一個特定空間；一個石英容器106，置于石英封帽102上并被石英安瓿101包圍；和一個石英板108，置于石英容器106上。
ZnSe基片9和12置于石英板108上，鋁膜10和11被夾于ZnSe基片9和12之間。石英容器106有一個豁口106h。Zn晶體121置于石英容器106中。
當按如上述安裝該設(shè)備時，首先，石英安瓿101用真空泵抽真空，然后對石英封帽102裝入的石英安瓿101的部分加熱。這種加熱使石英融合，石英構(gòu)件固定在一起，氣密地封住石英安瓿101。把牢固密封的熱處理設(shè)備130送入爐中加熱并維持高溫。這一加熱使部分Zn晶體121汽化，石英安瓿101充滿鋅蒸氣。同時，鋁膜10與11融化，融化的鋁擴散到組成ZnSe基片9和12的ZnSe晶體中。該工藝使ZnSe基片9和12變?yōu)殡妼w。
該熱處理工藝使ZnSe基片的9和12的晶格位錯密度加大。在上述過程中，一些化學反應生成物會產(chǎn)生增大晶格位錯密度的作用。為了搞清機理，本發(fā)明者對由原材料ZnSe，Zn，Al，和石英組成的系統(tǒng)的熱力學平衡狀態(tài)進行了計算，以對化學反應的狀態(tài)進行分析。分析揭示了以下現(xiàn)象。
鋁不能作為單體而穩(wěn)定存在。它是在從室溫在990℃的溫度范圍內(nèi)作為稱之為紅柱石的氧化物Al2SiO5而穩(wěn)定存在的。在溫度高于990℃左右時，它是作為高鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2)而穩(wěn)定存在的。在氣相狀態(tài)，Zn與SiO的近似的組成比在1000℃時為1∶10-3。
該分析表明，當ZnSe，Zn和Al被置于密封的石英安瓿中并加熱到一定程度時，Al就汽化并與石英發(fā)生化學反應。同時，SiO與Al在Al的表面上發(fā)生化學反應，導致紅柱石與高鋁紅柱石的連續(xù)生成。分析認為，雖然鋁擴散到ZnSe晶體中，但是紅柱石與高鋁紅柱石則留存在ZnSe的表面上。很可能，當進行冷卻時，附著在ZnSe表面上的紅柱石與高鋁紅柱石對ZnSe晶體產(chǎn)生一些作用，因而降低了ZnSe晶體的結(jié)晶度。
根據(jù)這一假定，顯然，Al與石英的共存生成了紅柱石或者高紅柱石。本發(fā)明者認為，當進行熱處理以實現(xiàn)鋁擴散時，這完全避免ZnSe結(jié)晶度的下降，熱處理必須在無石英的環(huán)境下進行。因而，本發(fā)明者設(shè)計了一個新穎的熱處理工藝，不用石英容器來封裝ZnSe晶體。
這就要求封裝ZnSe的容器的組成材料中不含石英也不含硅(Si)，在熱處理溫度中是穩(wěn)定，不和ZnSe化學反應，純度高，這樣就不會因雜質(zhì)而污染ZnSe，并且氣密性極佳。還要求置于容器中的板件以及其他構(gòu)件具有與上述的相同的性質(zhì)。具有這種性質(zhì)的材料的類型包括熱解氮化硼(pBN)，六方晶系氮化硼，藍寶石，剛玉，氮化鋁，以及多晶體金剛石。
理論上，最好是用由上述的材料制成的容器形成一個真空空間以封閉ZnSe基片。然而，單獨地用這些材料維持一個真空是困難的，因為整個容器必須維持于高溫。為解決這一難題，用石英安瓿作為外容器。用諸如上述的材料制成的封裝ZnSe基片的容器能被置于一個石英安瓿中以便用真空泵把石英安瓿抽真空。在這種情況下，有必要在該容器上提供一個連通孔以便把該容器抽真空，在維持高溫時消除容器內(nèi)外的壓差。最理想的是該連通孔是一個小口徑的細孔，以便使通過該孔擴散到容器中的氣態(tài)SiO最少化。


圖1是一個截面圖，示了了本發(fā)明的一個熱處理設(shè)備。熱處理設(shè)備30包括以下構(gòu)件(a)一個石英安瓿1；(b)插入石英安瓿1中的一個石英封帽2；(c)置于石英封帽2上的一個石英底座3；(d)置于石英底座3上的pBN容器的下部件4；(e)插入pBN容器的下部件4中的pBN容器的主體7；(f)置于pBN容器的下部件4的底板上的pBN底座5；(g)置于pBN底座5上的pBN杯6；(h)置于pBN標6上的藍寶石板8。
為石英安瓿1設(shè)計了一個特定空間并設(shè)有一個開口。石英封帽2插入該開口。石英底座3置于石英封帽2上。Zn晶體22置于石英底座3中。
pBN容器的下部件4放置在石英底座3上。pBN容器的下部件4有一個細孔4n。細孔4n向下伸展至由石英底座3圍成的空間中并朝向Zn晶體22。pBN底座5置于pBN容器下部件4的底板上。pBN底座5有一個開口5h。開口5h與細孔4n使石英底座3中的空間的壓力與由pBN容器的下部件4和主體7形成的空間的壓力近于平衡。
pBN容器的主體7插入pBN容器的下部件4中。pBN杯6和藍寶石板8置于由pBN容器的下部件4與主體7形成的空間中。Zn晶體21置于pBN杯6中。pBN杯6有一個開口6h。開口6h使由pBN杯6和藍寶石板8形成的空間的壓力與由pBN容器的下部件4和主體7形成的空間的壓力近于平衡。
ZnSe基片9放在藍寶石板8上。鋁膜10形成在ZnSe基片9上。其上形成一個鋁膜11的另一個ZnSe基片12放在鋁膜10上，這樣，鋁膜10與11即處在相互接觸之中。
本發(fā)明的為II-VI化合物半導體熱處理設(shè)計的熱處理設(shè)備30有一個特有的熱處理室。該熱處理室包括具有特殊內(nèi)表面7i的pBN容器主體7和具有特殊內(nèi)表面4i的pBN容器的下部件4。內(nèi)表面7i和4i直接包圍將被熱處理的II-VI化合物半導體。內(nèi)表面7i和4i是由pBN形成的。它們也可以由從由六方晶系氮化硼(如hBN和wBN)，藍寶石，剛玉，氮化鋁，以及多晶體金剛石組成的組中選出的至少一種材料組成。
熱處理設(shè)備30還包括pBN杯6和藍寶石板8，均置于由pBN容器的主體7和下部件4形成的空間中。pBN杯6與藍寶石板8把作為將進行熱處理的II-VI化合物半導體的ZnSe基片9和12與作為II-VI化合物半導體的II族元素組成部分的Zn晶體21分隔開。pBN杯6和藍寶石板8分別具有特定的外表面6S和8S。外表面6S與8S由pBN形成。它們也可以由從一個組中選出的至少一種材料形成，該組由六方晶系氮化硼(hBN與wBN)，藍寶石，剛玉，氮化鋁，以及多晶體金剛石組成。
熱處理設(shè)備30還包括石英安瓿1和石英封帽2，用于形成容納熱處理室的機殼。石英安瓿1和石英封帽2形成的空間可以通過在這兩個構(gòu)件之間的缺口用真空泵抽真空。這種抽真空通過石英底座3與pBN容器的下部件4之間的缺口降低石英底座3內(nèi)的壓力。最后，可以通過細孔4n與開口5h來降低pBN容器的主體7與下部件4內(nèi)部的壓力。
下面對利用熱處理設(shè)備30進行熱處理的工藝進行詳細解釋。在其表面上具有各自的蒸發(fā)沉積的鋁膜10與11的ZnSe基片9與12被置于由pBN容器的主體7和下部件4圍成的空間中，該空間構(gòu)成具有由高度提純的pBN形成的內(nèi)表面的熱處理室。雖然圖1示出了置于熱處理室中的兩個ZnSe基片9與12，但是也可以使用一個ZnSe基片。而且，例如，也可以通過將其疊積的方式置入兩個以上的ZnSe基片。在圖1中，放置了兩個ZnSe基片9與12，這樣，鋁膜10與11即處于相互緊密接觸的狀態(tài)。采用這種安排是為了把鋁10和11與氣體氛圍之間的接觸降至最低。
盤形藍寶石板8放在pBN杯6上。熱處理室包括pBN容器的主體7與下部件4。下部件4備有細孔4n。pBN容器的主體7插入下部件4以保持氣密。pBN容器的主體7和下部件4，石英底座3，以及Zn晶體22被容納于石英安瓿1中，而石英封帽2插入石英安瓿1中。也可以同時把一個鋁晶體容納入石英安瓿1中。當用真空泵對石英安瓿1的內(nèi)部空間抽真空時，構(gòu)成熱處理室的pBN容器的主體7與下部件4的內(nèi)部空間也同時通過石英底座3與下降部件4之間的缺口，細孔4n，以及開口5h而被抽真空。當真空度達到特定水平時，石英密封帽2插入的石英安瓿1的部分被加熱，以便在真空條件下密封石英安瓿1。
把熱處理設(shè)備30放入爐中進行熱處理。最理想的是使石英安瓿1中溫度分布的一致性達到最大限度，以消除Zn蒸氣壓力的過度增大，并防止Zn蒸氣在低溫區(qū)中液化。當石英安瓿1在特定的時間內(nèi)維持于特定的溫度時，鋁即擴散到ZnSe基片9與12中。當維持高溫的工序完成后，ZnSe基片9與12以特定的速率進行冷卻。利用上述工藝生產(chǎn)ZnSe基片，不僅電導率能夠增大，并且晶體質(zhì)量也能提高。
如上所述，本發(fā)明的II-VI化合物半導體熱處理工藝包括以下步驟(a)讓ZnSe基片9與12(作為II-VI化合物半導體)在包括pBN容器的主體7與下部件4的熱處理室中與鋁接觸，主體7與下部4具有各自的由從一個組中選出的至少一個材料形成的內(nèi)表面7i和4i，而該組由熱解氮化硼，六方晶系氮化硼，藍寶石，剛玉，氮化鋁，以及多晶體金剛石組成；(b)在含有Zn蒸氣(作為II-VI化合物半導體的II族元素組成部分)的氣體氣氛中對ZnSe基片9與12進行熱處理。
理想的是，鋁膜10與11的厚度為1至200nm。如果厚度小于1nm，則擴散到ZnSe中的鋁的量不足以降低ZnSe晶體的電阻率。如果厚度大于200nm，則會有Al或Al一Zn合金殘留在ZnSe基片9與12的表面上。冷卻期間，它們會在ZnSe基片上施加應力，導致結(jié)晶度下降。
在溫度為660至1200℃的情況下進行熱處理，也是理想的，如果溫度低于660℃，鋁就不能有效地擴散到ZnSe晶體中，因為鋁以固態(tài)存在。如果溫度高于1200℃，則ZnSe晶體的結(jié)晶度下降。
熱處理進行1至800個小時，也是理想的。如果熱處理時間少于1小時，鋁就不能徹底地擴散到ZnSe中，并且Al會殘留在ZnSe基片的表面上。冷卻期間，殘留的Al會對ZnSe晶體施加應力，導致結(jié)晶度下降。如果熱處理時間長過800小時，徹底擴散到ZnSe基片中之后，Al會大量地擴散到基片的外部。結(jié)果，Al在ZnSe中的濃度隨著時間的流逝而下降。因此，熱處理時間過長是不理想的。
熱處理后的冷卻速率是1至200℃/分鐘也是理想的。如果冷卻速率高于200℃/分鐘，則ZnSe晶體中的溫度梯度變大，并且在冷卻期間結(jié)晶度下降。如果冷卻速度低于1℃/分鐘，由于通過低溫區(qū)的時間拉長，ZnSe的性質(zhì)就接近于低溫平衡狀態(tài)下的性質(zhì)。因而，Al激活的比率下降，降低了載流子密度并使電阻率增大。
在冷卻期間，當ZnSe晶體接觸Zn，Al，或者Zn-Al合金時，它們的熱脹系數(shù)的差會大大降低ZnSe的結(jié)晶度。在冷卻期間，當對放置ZnSe基片9與11的位置之外的某一部分進行控制使之成為熱處理室中溫度最低的部分時，Zn，Al，或者Zn-Al合金就轉(zhuǎn)移至該最低溫部分并在那時固化。這樣，就可以避免ZnSe晶體與Zn，Al，或者Zn-Al合金間的接觸，借以防止結(jié)晶度的下降。
放置ZnSe基片9與11的位置與最低溫度部位間的溫差為1至100℃是理想的。如果溫差低于1℃，最低溫部位不會受到影響。如果溫差大于100℃，則ZnSe晶體本身亦被轉(zhuǎn)移至該最低溫部位，其結(jié)晶度無疑會降低。在維持高溫的同時，熱處理室內(nèi)的溫度分布可以完全均衡。如果溫度分布不至于導致ZnSe基片本身的明顯轉(zhuǎn)移，則在高溫保持期內(nèi)也可以出現(xiàn)多層次的溫度分布。
(例1)對長度為20mm，寬度為20mm，厚度為700μm，并且由ZnSe單晶組成的，其中(100)平面形成主表面的ZnSe基片進行熱處理。熱處理之前該晶體的電阻率至少高達105Ωcm，這已是霍爾遷移率測量結(jié)果的上限。對基片表面進行鏡面拋光并用溴甲醇蝕刻以測量晶體的晶格位錯密度。測量結(jié)果為5×103至2×104cm-2。
用真空鍍膜法在刻蝕過的表面上形成一層40nm厚的鋁膜。如圖1中所示，ZnSe基片9與12被置于石英安瓿1中，這樣，鋁膜10與11就處于相互接觸狀態(tài)。同時，質(zhì)量均為0.1克的Zn晶體21與22被置于石英安瓿1中。用真空泵對裝配好的石英安瓿1抽至2×10-8乇(torr)(2.7×10-6pa)的真空。通過熱融石英封帽2來密封石英安瓿1，以保持這一真空度。
將封好的熱處理設(shè)備30放入立式管爐。以1000℃的均衡溫度對ZnSe基片9與12加熱，使石英安瓿1的底部維持于980℃，使熱處理如此進行7天(168小時)。然后，以60℃/分鐘的速率將熱處理設(shè)備30冷卻至室溫。分解熱處理設(shè)備，固化的Zn顯現(xiàn)于石英安瓿1的底部。面對面放置的ZnSe基片9與12容易分離，不會粘結(jié)在一起。在基片的表面上用肉眼看不到鍍于ZnSe基片9與12上的鋁膜10與11?？梢哉J為，由于擴散到晶體中并彌散于氣霧中，它們已經(jīng)消失了。
對經(jīng)過熱處理的ZnSe基片9的曾經(jīng)鍍有鋁膜10的表面重新拋光，把厚度降低50μm。對該基片的性能進行檢測。表面的載流子密度為8×1017cm-3，表明電阻率已降低。表面上的晶格位錯密度的最大局域值為5×103cm-2左右。該值進一步證實，晶格位錯密度沒有增大。
用次生離子質(zhì)譜儀(SIMS)對熱處理后的基片表面上鋁富集的分布進行測量。中心區(qū)的鋁濃度為1.8×1019cm-3，而外圍區(qū)為2.2×1018cm- 3。該結(jié)果表明鋁的分布近乎均衡。在熱處理期間，通過ZnSe基片9與12容納于pBN容器中以避免直接暴露于石英面前，并通過對SiO氣體經(jīng)由細孔4n的轉(zhuǎn)移進行限制，扼制了Al的蒸發(fā)以及Al與SiO之間的化學反應。本發(fā)明者認為，這一扼制導致了擴散到ZnSe中的鋁的均勻分布。他還認為，對Al與SiO間的化學反應的扼制有助于防止結(jié)晶度的下降。
(例2)利用與在例1中使用的相似的工藝通過鋁擴散來生產(chǎn)低電阻率的ZnSe基片。對經(jīng)過熱處理的ZnSe基片的曾經(jīng)鍍有鋁的表面進行拋光，將厚度降低100μm。通過鏡面拋光對該表面進行精整。用重鉻酸溶液對ZnSe基片進行腐蝕以將厚度降低3μm。把獲得的基片置入分子束外延器(MBE)中，以生長出厚度為1.5μm的ZnSe薄膜。
生長的ZnSe膜表面形態(tài)良好。用溴甲醇溶液對該表面進行腐蝕以便測量外延層的晶格位錯密度。外延生長期間，晶格位錯密度大約增加3×103cm-2。因此，包括由ZnSe基片引至的晶格位錯在內(nèi)，總的晶格位錯密度為8×103至2.5×104cm-2，表明高結(jié)晶度得以維持。
接著，對外延生長的ZnSe基片的其他側(cè)面進行拋光，把厚度降至250μm。用容-壓(C-V)法對ZnSe基片的其他側(cè)面的載流子密度進行測量，結(jié)果為7×1017cm-3。該結(jié)果進一步證實，其他側(cè)面具有載流子密度，足以用于形成n型電極。
(比較例)用與在例1中使用的相似的工藝生產(chǎn)單晶ZnSe基片。正如例1一樣，熱處理之前基片的電阻率至少高達105Ωm，為霍爾遷移率測量結(jié)果的上限。用例1中的相同方法對基片表面進行拋光與腐蝕，以測量晶體的晶格位錯度。測量結(jié)果與例1相同。用真空鍍膜法在腐蝕過的表面上形成厚度為40nm的鋁膜。如圖2中所示，ZnSe基片9與12被置入石英安瓿101中。這樣，鋁膜10與11即相互接觸。同時，把質(zhì)量為0.1克的Zn晶體121置于石英安瓿101中。在與例1中相同的溫度與壓力條件下進行熱處理。
冷卻之后分解設(shè)備130，在安瓿101的底部展現(xiàn)出固化的Zn。面對面置放的ZnSe基片9與12被輕易分離，未粘結(jié)在一起。在基片的表面上肉眼見不到鍍在ZnSe基片9與12上的鋁膜10與11。這被認為是由于擴散到晶體中以及彌散到氣霧中而消失。對熱處理后的ZnSe基片9的曾鍍有鋁膜10的表面進行重新拋光，把厚度減少50μm。然后，對基片性能進行測量。
表面載流子密度為6×1017cm-3，表明電阻率已下降。然而，表面的晶格位錯密度的最大局域值約為3×104cm-2。該值表明，由于熱處理，晶體的晶格位錯密度增大。用次生離子質(zhì)譜儀(SIMS)對經(jīng)過熱處理的ZnSe基片的表面的鋁富集的分布進行測量。中心區(qū)鋁的濃度為1.1×1019cm-3，而外圍區(qū)為1.1×1018cm-3。該結(jié)果表明，在外圍區(qū)鋁的濃度下降。該結(jié)果可歸因于以下原因。在ZnSe基片的外圍區(qū)，鋁暴露于氣霧中，鋁不僅蒸發(fā)，而且還與SiO發(fā)生化學反應。結(jié)果，在外圍區(qū)鋁的量下降，因而在外圍區(qū)降低了擴散到ZnSe基片中的Al的量。
上面對本發(fā)明的實施例作出了解釋。這里給出的實施例可以根據(jù)需要加以修改。例如，熱處理不僅可施于用ZnSe制成的基片，而且也可施于用其他的II-VI化合物半導體如ZnS，ZnTe，CdS，CdSe，或CdTe制成的基片。
本說明書所公開的實施例從各方面來講均被認為是說明性的，而非限制性的。本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求，而不是前面的描述來說明。來自等效于權(quán)利要求的含義與范圍的所有改變也因此而有計劃地被囊括于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種II-VI化合物半導體熱處理的一項工藝，該工藝包括工序(a)、讓至少一個II-VI化合物半導體在具有由從一個組中選出的至少一種物質(zhì)形成的內(nèi)表面的熱處理室中與鋁接觸，該組由熱解氮化硼，六方晶系氮化硼，藍寶石，剛玉，氮化鋁，和多晶體金剛石組成；(b)、在含有一個或幾個II-VI化合物半導體的II族元素組成部分的氣氛中對該一個或幾個II-VI化合物半導體進行熱處理。
2.一項如權(quán)利要求1所述的工藝，該工藝還包括在對一個或幾個II-VI化合物半導體進行熱處理的工序之前用真空泵將熱處理室抽真空的工序。
3.一項如權(quán)利要求1所述的工藝，其中一個或幾個II-VI化合物半導體與鋁之間的接觸是通過在該一個或幾個半導體的表面上形成鋁膜的方式進行的。
4.一項如權(quán)利要求3所述的工藝，其中鋁膜的厚度為1至200nm。
5.一項如權(quán)利要求3所述的工藝，其中(a)準備兩個II-VI化合物半導體；(b)將這兩個半導體放入熱處理室中，這樣鋁膜之間即相互接觸。
6.一項如權(quán)利要求1所述的工藝，其中的熱處理是在660至1200℃的溫度進行的。
7.一項如權(quán)利要求1所述的工藝，其中，熱處理進行1至800個小時。
8.一項如權(quán)利要求1所述的工藝，其中，經(jīng)過熱處理的一個或幾個II-VI化合物半導體按照1至200℃/min(℃/分鐘)的速率進行冷卻。
9.一項如權(quán)利要求8所述的工藝，其中，經(jīng)過熱處理的一個或幾個II-VI化合物半導體的冷卻是通過在熱處理室中提供一個溫度比該一個或幾個半導體的溫度低1至100℃的部分的方式進行的。
10.一項如權(quán)利要求1所述的工藝，其中的一個或幾個II-VI化合物半導體是用ZnSe制成的。
11.一個II-VI化合物半導體，其熱處理包含如下步驟(a)、讓至少一個II-VI化合物半導體在具有由從一個組中選出的至少一種物質(zhì)形成的內(nèi)表面的熱處理室中與鋁接觸，該組由熱解氮化硼，六方晶系氮化硼，藍寶石，剛玉，氮化鋁，和多晶體金剛石組成；(b)、在含有一個或幾個II-VI化合物半導體的II族元素組成部分的氣氛中對該一個或幾個II-VI化合物半導體進行熱處理。
12.一個如權(quán)利要求11所述的II-VI化合物半導體，在從主表面至300μm的深度這一區(qū)域中，鋁的濃度為1×1016至5×1020cm-3，而晶格位錯密度最大為5×104cm-2。
13.一種II-VI化合物半導體熱處理設(shè)備，該設(shè)備包括容納至少一個II-VI化合物半導體的熱處理室；該熱處理室具有由從由熱解氮化硼，六方晶系氮化硼，藍寶石，剛玉，氮化鋁，和多晶體金剛石組成的組中選出的至少一種材料形成的內(nèi)表面。
14.一部如權(quán)利要求13所述的的設(shè)備，其中，在熱處理室中提供了一個用于把一個或幾個II-VI化合物半導體與置于同一熱處理室中的II族元素隔離開的隔離件，該II族元素是該一個或幾個II-VI化合物半導體的II族元素組成部分。
15.一部如權(quán)利要求14所述的的設(shè)備，其中，隔離件的表面是由從由熱解氮化硼，六方晶系氮化物，藍寶石，剛玉，氮化鋁，和多晶體金剛石組成的組中選出至少一種材料形成的。
16.一部如權(quán)利要求13所述的的設(shè)備，該設(shè)備還包括用于容納熱處理室的一個機殼，該機殼能用真空泵抽真空以降低熱處理室中的壓力。
17.一部如權(quán)利要求14所述的的設(shè)備，該設(shè)備還包括用于容納熱處理室的一個機殼，該機殼能用真空泵抽真空以降低熱處理室中的壓力。
18.一部如權(quán)利要求15所述的的設(shè)備，該設(shè)備還包括用于容納熱處理室的一個機殼，該機殼能用真空泵抽真空以降低熱處理室中的壓力。
全文摘要
一個II－VI化合物半導體熱處理工藝能降低電阻率卻不會因晶格位錯密度的增大而導致結(jié)晶率下降。該工藝包括以下步驟(a)、讓至少一個II－VI化合物半導體在具有由從一個組中選出的至少一種物質(zhì)形成的內(nèi)表面的熱處理主中與鋁接觸，該組由熱解天生氮化物，六方晶系氮化硼，藍寶石，剛玉，氮化鋁，和多晶體金剛石組成的；(b)、在含有一個或幾個II－VI化合物半導體的II族元素組成部分的氣霧中對該一個或幾個II－VI化合物半導體進行熱處理。用上述工藝對II－VI化合物半導體進行熱處理。II－VI化合物半導體熱處理設(shè)備包括用于執(zhí)行上述工藝的構(gòu)件。
文檔編號C30B33/00GK1412827SQ0214684
公開日2003年4月23日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者並川靖生 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社