JPH04364027A - GaAsへのZnの拡散方法 - Google Patents

GaAsへのZnの拡散方法

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JPH04364027A
JPH04364027A JP16511391A JP16511391A JPH04364027A JP H04364027 A JPH04364027 A JP H04364027A JP 16511391 A JP16511391 A JP 16511391A JP 16511391 A JP16511391 A JP 16511391A JP H04364027 A JPH04364027 A JP H04364027A
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JP
Japan
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gaas
diffusion
layer
znas2
diffusing
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Pending
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JP16511391A
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English (en)
Inventor
Masashi Yoshimura
雅司 吉村
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はGaAsへのZnの拡散
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体を用いた高速動作デバイス
や光デバイス等の製作に当っては熱拡散技術が重要な技
術として用いられている。例えば化合物半導体を用いた
J−FET(接合型の電界効果トランジスタ)は、一般
に、図4に示されているような構造のもの、すなわち半
絶縁性GaAs基板1と、半絶縁性GaAsバッファ層
2と、n−GaAs活性層3との積層構成のものにおけ
るn−GaAs活性層3にP型不純物を熱拡散させるこ
とによりP型のGaAs層5を作り、前記のP型のGa
As層5にゲート電極6を設けるとともに、前記したn
−GaAs活性層3にソース電極7とドレイン電極8と
を設けた構造に最終的には仕上げられるのであるが、前
記した図4に示されている構造のJ−FETにおけるP
型のGaAs層を作る際には、GaAsの層にP型の不
純物としてZn原子を熱拡散させてP型のGaAs層を
作ることが有効であるとされている。なお、J−FET
においてn−GaAs活性層にP型の不純物を拡散させ
てP型のGaAs層を構成させるのはチャンネル電流を
適当な値に制御するために行なうのである。
【0003】ここで、GaAsの層にP型の不純物であ
るZn原子を熱拡散させて、P型のGaAs層を作る場
合の具体的なプロセスを図2及び図3を参照して説明す
ると次のとおりである。まず図3の(a)に示されてい
るように、ウエハ9の素材となされる半絶縁性GaAs
基板1上に、例えばLPE法、またはMOCVD法、も
しくはMBE法等の結晶成長法を適用して、半絶縁性G
aAsバッファ層2と、n−GaAs活性層3との積層
構成のものを作り、前記したn−GaAs活性層3上に
拡散阻止膜としてSiNx膜(窒化硅素膜)4を例えば
プラズマCVD法を用いて構成させる。次に、前記した
n−GaAs活性層3にP型不純物としてのZnを熱拡
散させたい部分と対応している窒化硅素膜4の部分に、
例えばドライエッチングによって図3の(b)に示すよ
うな孔4aをあける。次いで、前記のような加工が施さ
れた状態のウエハ9と、拡散源11としてのZnAs2
を収納させてある石英容器10とを図2の(a)に示す
ように石英アンプル12中に入れて、前記した石英アン
プル12中の空気を真空ポンプで吸引し、石英アンプル
12内が所定の真空度(例えば〜E−5Torr)にな
ったら石英アンプル12をバーナで溶融して封止してか
ら、前記の石英アンプル12を摂氏500度〜摂氏70
0度の炉13{図2の(b)参照}に入れる。
【0004】炉13に入れられた石英アンプル12内で
摂氏500度〜摂氏700度に加熱された拡散源11と
してのZnAs2は、図2の(b)に示されているよう
に石英容器10中で気化して熱分解し、ウエハ9のGa
Asの表面に到着したZn原子がGaAs中に入って拡
散する。前記のようにGaAsにZnを拡散させるのに
拡散源としてZnではなくZnAs2を使用する理由は
、GaAsにおけるV族元素であるAsの蒸気圧が高い
ために、Znを拡散させるべきGaAsの表面をAsの
蒸気で被覆してやらないとGaAs中のAsが蒸発して
結晶表面が荒れるからである。図3の(b)に示されて
いる窒化硅素膜4の孔4aの部分からn−GaAs活性
層3に拡散したZnはアクセプタとして働くから、前記
したZnが充分な濃度になった前記したn−GaAs活
性層3の部分は反転して、図3の(c)に示されている
P−GaAs層5となされる。このようにしてn−Ga
As活性層3にZnの拡散により形成されるP−GaA
s層5の深さは、炉13の温度と炉13中で加熱する時
間の長さとによって定まる。図3の(c)のように窒化
硅素膜4の孔4aの部分からn−GaAs活性層3にZ
nを拡散させてP−GaAs層5が形成されたものは、
窒化硅素膜4を除去した後に、ゲート電極6、ソース電
極7、ドレイン電極8等を付けることにより、図4に示
されているような接合型の電界効果トランジスタとなさ
れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにn−Ga
As活性層3にZnの拡散によりP−GaAs層5を形
成させる場合には拡散源11としてZnAs2が用いら
れるが、ZnAs2を製造する際にはZnAs2ととも
に微量なZn3As2も同時に作られてしまう。前記し
たZnAs2の製造に当ってZn3As2が生じないよ
うにすることは現在のところ非常に困難なために、前記
したn−GaAs活性層3にP−GaAs層5を形成さ
せる場合に拡散源11として純粋なZnAs2を使用さ
れることはなく、常に微量なZn3As2を含んでいる
状態のZnAs2が拡散源11として使用されることに
なる。ところで、n−GaAs活性層3にZnの拡散に
よりP−GaAs層5を形成させる場合に、微量なZn
3As2を含んでいる状態のZnAs2が拡散源11と
して使用された場合には、熱拡散時にGaAsの表面が
図5に例示されているように荒れたり、拡散形状が乱れ
たりすることが問題になった。前記したような現象の生
じる理由は明らかでないが、Ga−As−Znが作る相
律上で、液相、気相の生じる条件が成立するためであろ
うと考えられる。しかし、前記のように熱拡散時にGa
Asの表面が荒れたり、拡散形状が乱れたりすることは
、半導体素子の製作の歩留りを悪化させることになり、
またJ−FETの製作の際にはチャンネル電流の制御が
できないことになるために、解決策が求められた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は含まれるZn3
As2のモル数の割合いが3%以下であるZnAs2を
拡散源として、GaAsの基板にZnを拡散させるよう
にしたGaAsへのZnの拡散方法、及びGaAsの基
板またはその上に結晶成長させたGaAs層を有するウ
エハを、含まれるZn3As2のモル数の割合いが3%
以下であるZnAs2を拡散源として石英アンプル内に
2.0E−4Torr以下で封入し、摂氏500度乃至
摂氏700度の温度範囲の炉中に入れてGaAsにZn
を拡散させるようにしたGaAsへのZnの拡散方法を
提供する。
【0007】
【作用】含まれるZn3As2のモル数の割合いが3%
以下であるZnAs2を拡散源として、GaAsの基板
にZnを拡散させることにより、GaAsの表面の状態
が良好で、拡散形状も良好な半導体素子が製作でき、ま
たJ−FETの製作の際にはチャンネル電流の制御が良
好に行なうことができる。
【0008】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明のGaAs
へのZnの拡散方法の具体的な内容を詳細に説明する。 図3の(a)に示されているように、ウエハ9の素材と
なされる半絶縁性GaAs基板1上に例えばLPE法、
あるいはMOCVD法、もしくはMBE法等の結晶成長
法を適用して、半絶縁性GaAsバッファ層2と、n−
GaAs活性層3との積層構成のものを作る。次に、前
記したn−GaAs活性層3上に拡散阻止膜としてSi
Nx膜(窒化硅素膜)4を例えばプラズマCVD法を用
いて構成させる。次に、前記したn−GaAs活性層3
にP型不純物としてのZnを熱拡散させたい部分と対応
している窒化硅素膜4の部分に、例えばドライエッチン
グによって図3の(b)に示すような孔4aをあけ、次
いで、前記のような加工が施された状態のウエハ9と、
含まれるZn3As2のモル数の割合いが3%以下であ
るZnAs2の100mgを拡散源11として石英容器
10に入れて、石英アンプル12内に2.0E−4To
rr以下で封入し、表1に示されているように摂氏50
0度乃至摂氏700度の温度範囲の炉13中に入れ{図
2の(b)参照}てGaAsにZnを拡散させる。炉1
3に入れられた石英アンプル12内で摂氏500度〜摂
氏700度に加熱された拡散源11としてのZnAs2
は、図2の(b)に示されているように石英容器10中
で気化して熱分解し、ウエハ9のGaAsの表面に到着
したZn原子がGaAs中に入って拡散する。所定の時
間の経過時に石英アンプル12を炉13から取出し、す
ばやく水で冷却してから石英アンプル12を開管してウ
エハ9を取出す。図3の(c)のようにる窒化硅素膜4
の孔4aの部分からn−GaAs活性層3にZnを拡散
させてP−GaAs層5が形成されたものは、窒化硅素
膜4を除去した後に、ゲート電極6、ソース電極7、ド
レイン電極8等を付けることにより、図4に示されてい
るような接合型の電界効果トランジスタとなされる。本
発明方法の実施に当って拡散源11として用いられるZ
nAs2(含まれるZn3As2の割合別)と、拡散温
度と、拡散時間と、J−FETとした場合のIdss(
ゲートに加えるバイアス電圧を0とし、ドレインとソー
ス間に3ボルトの電圧を加えた場合に、P−GaAs拡
散層の下方のチャンネルに流れる電流値Idss)との
関係は表1に示すとおりである。
【0009】
【表1】
【0010】表1に示されているように、含まれるZn
3As2のモル数の割合いが3%以下であるZnAs2
を拡散源11に使用して、GaAsにZnを熱拡散させ
た場合には、GaAsの表面の状態と拡散形状とは、図
1において拡散源11としてそれに含まれるZn3As
2のモル数の割合いが3%以下であるようなZnAs2
を用いた場合のP−GaAs層の状態を示している図の
場合のように、P−GaAs層には表面荒れや形状の乱
れ等は生じない。拡散源11として用いられるZnAs
2に含まれるZn3As2のモル数の割合いが、X線回
折、二次イオン質量分析(SIMS)によって1%,2
%,3%…というように同定できたZnAs2を拡散源
11に使用して、それぞれ既述のような工程によって拡
散を行なった場合に得られるP−GaAs層を、走査型
電子顕微鏡によって断面を観察した結果を図示したもの
が図1であり、図1において含まれるZn3As2のモ
ル数の割合いが4%以上であるZnAs2を拡散源11
に使用して、GaAsにZnを熱拡散させた場合には、
P−GaAs層の表面が荒れるとともにP−GaAs層
は拡散形状が乱れたものになっていることが判かる。
【0011】
【発明の効果】以上、詳細に説明したところから明らか
なように本発明のGaAsへのZnの拡散方法は、含ま
れるZn3As2のモル数の割合いが3%以下であるZ
nAs2を拡散源として、GaAsの基板にZnを拡散
させることにより、GaAsの表面の状態が良好で、拡
散形状も良好な半導体素子が製作でき、またJ−FET
の製作の際にはチャンネル電流の制御が良好に行なうこ
とができるのであり、本発明によれば既述した従来の問
題点は良好に解決でき、半導体素子を高い歩留りで低コ
ストで製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】含まれるZn3As2のモル数の割合いがそれ
ぞれ異なるZnAs2を拡散源として、GaAsの基板
にZnを拡散させた場合のGaAsの表面の状態と拡散
形状を例示した図である。
【図2】ZnAs2を拡散源として封管法によりGaA
sの基板にZnを拡散させる場合の説明図である。
【図3】接合型電界効果トランジスタの製作工程の一部
の説明図である。
【図4】接合型電界効果トランジスタの構成例を示す図
である。である。
【図5】ZnAs2を拡散源としてGaAsの基板にZ
nを拡散させた場合の問題点の説明に用いる図である。
【符号の説明】
1…半絶縁性GaAs基板、2…半絶縁性GaAsバッ
ファ層、3…n−GaAs活性層、4…拡散阻止膜(S
iNx膜)、5…P型のGaAs層、6…ゲート電極、
7…ソース電極、8…ドレイン電極、9…ウエハ、10
…石英容器、11…拡散源、12…石英アンプル、13
…炉、

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  含まれるZn3As2のモル数の割合
    いが3%以下であるZnAs2を拡散源として、GaA
    sの基板にZnを拡散させるようにしたGaAsへのZ
    nの拡散方法。
  2. 【請求項2】  GaAsの基板またはその上に結晶成
    長させたGaAs層を有するウエハを、含まれるZn3
    As2のモル数の割合いが3%以下であるZnAs2を
    拡散源として石英アンプル内に2.0E−4Torr以
    下で封入し、摂氏500度乃至摂氏700度の温度範囲
    の炉中に入れてGaAsにZnを拡散させるようにした
    GaAsへのZnの拡散方法。
JP16511391A 1991-06-10 1991-06-10 GaAsへのZnの拡散方法 Pending JPH04364027A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7109100B2 (en) * 2002-09-05 2006-09-19 Sony Corporation Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5642335A (en) * 1979-09-14 1981-04-20 Fujitsu Ltd Zinc diffusion to 3-5 group compound semiconductor

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