JPH0656838B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0656838B2 JPH0656838B2 JP18700285A JP18700285A JPH0656838B2 JP H0656838 B2 JPH0656838 B2 JP H0656838B2 JP 18700285 A JP18700285 A JP 18700285A JP 18700285 A JP18700285 A JP 18700285A JP H0656838 B2 JPH0656838 B2 JP H0656838B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はGaAs等のIII−V族化合物半導体を用いた
半導体装置の製造方法に係り、特に高濃度p型層を形成
する工程の改良に関する。
半導体装置の製造方法に係り、特に高濃度p型層を形成
する工程の改良に関する。
GaAs等のIII−V族化合物半導体は電子の移動度が
大きいことから、高速動作をする電子デバイスへの応用
が進められている。最近は、 JFETやAlGaAsとGaAsのヘテロ接合を用い
たヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)などの
素子製造において、選択的にp型層を形成する技術の向
上が望まれている。これらの素子においては特に高い制
御性を必要とすることから、従来多用されてきた亜鉛
(Zn)拡散法に代わってイオン注入法が専ら用いられ
ている。例えばHBTの製造においては、ベース電極取
りだしのために高濃度外部ベース層を形成する工程でp
型不純物のイオン注入が行われている。この場合p型不
純物としては、比較的大きい射影飛程が得られるベリリ
ウム(Be)やマグネシウム(Mg)がイオン種として
用いられる。
大きいことから、高速動作をする電子デバイスへの応用
が進められている。最近は、 JFETやAlGaAsとGaAsのヘテロ接合を用い
たヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)などの
素子製造において、選択的にp型層を形成する技術の向
上が望まれている。これらの素子においては特に高い制
御性を必要とすることから、従来多用されてきた亜鉛
(Zn)拡散法に代わってイオン注入法が専ら用いられ
ている。例えばHBTの製造においては、ベース電極取
りだしのために高濃度外部ベース層を形成する工程でp
型不純物のイオン注入が行われている。この場合p型不
純物としては、比較的大きい射影飛程が得られるベリリ
ウム(Be)やマグネシウム(Mg)がイオン種として
用いられる。
ところでこの種の従来技術の問題として、イオン注入法
によっては高濃度p型層を形成することが困難である、
ということが明らかになってきた。このことを図面を用
いて以下に説明する。
によっては高濃度p型層を形成することが困難である、
ということが明らかになってきた。このことを図面を用
いて以下に説明する。
第4図は、半絶縁性GaAs基板にMg+を180Ke
Vの加速エネルギーで注入し、表面をCVDSiO2膜
により覆ってAsの解離を防ぎつつ、ハロゲンランプ照
射により熱処理して得られたp型層のシートキャリア濃
度とイオン注入量の関係を示している。注入量が2×1
014/cm2を越える辺りからシートキャリア濃度と注
入量の比例関係が崩れ、注入量2×1015/cm2では
シートキャリア濃度は3×1014/cm2となる。これ
は、注入したMgのうち僅か15%しかアクセプタとし
て作用しないことになる。
Vの加速エネルギーで注入し、表面をCVDSiO2膜
により覆ってAsの解離を防ぎつつ、ハロゲンランプ照
射により熱処理して得られたp型層のシートキャリア濃
度とイオン注入量の関係を示している。注入量が2×1
014/cm2を越える辺りからシートキャリア濃度と注
入量の比例関係が崩れ、注入量2×1015/cm2では
シートキャリア濃度は3×1014/cm2となる。これ
は、注入したMgのうち僅か15%しかアクセプタとし
て作用しないことになる。
第5図はこのMgの注入量が2×1015/cm2の時の
キャリア濃度分布(実線)を示している。図中、破線で
示したLSS理論曲線によれば、ピークキャリア濃度は
1×1020/cm3に及ぶはずであるが、実測されたキ
ャリア濃度は5×1018/cm3に止まっている。これ
は、注入されたMgのうちアクセプタとして活性化され
る量が少ないのと、熱処理による拡散のためである。
キャリア濃度分布(実線)を示している。図中、破線で
示したLSS理論曲線によれば、ピークキャリア濃度は
1×1020/cm3に及ぶはずであるが、実測されたキ
ャリア濃度は5×1018/cm3に止まっている。これ
は、注入されたMgのうちアクセプタとして活性化され
る量が少ないのと、熱処理による拡散のためである。
このようにMgの活性化率が小さくなる原因として、G
aAsの化学量論的組成からのずれを考える必要があ
る。MgがGaAsの中でアクセプタとして作用するた
めには、MgがGa格子位置に入りAsと結合する必要
がある。GaAs結晶においては、Ga原子の密度は
2.2×1022/cm3であるから、第5図に示したよ
うにMgが1×1020/cm3程度注入されると、全て
のMgがアクセプタとして活性化するためには、Ga原
子のうち約1%が格子間位置に移動するか、表面に形成
したSiO2膜中に拡散してGa空格子点が供給されな
ければならない。しかし通常0.5%にも及ぶ大きいII
I族とV族の原子比のずれは生じないので、Mgの活性
化が妨げられることになる。
aAsの化学量論的組成からのずれを考える必要があ
る。MgがGaAsの中でアクセプタとして作用するた
めには、MgがGa格子位置に入りAsと結合する必要
がある。GaAs結晶においては、Ga原子の密度は
2.2×1022/cm3であるから、第5図に示したよ
うにMgが1×1020/cm3程度注入されると、全て
のMgがアクセプタとして活性化するためには、Ga原
子のうち約1%が格子間位置に移動するか、表面に形成
したSiO2膜中に拡散してGa空格子点が供給されな
ければならない。しかし通常0.5%にも及ぶ大きいII
I族とV族の原子比のずれは生じないので、Mgの活性
化が妨げられることになる。
この様な点に鑑み、BeやMgなどのII族不純物の活性
化率を高めるため、V族のAsをイオン注入して補うこと
が考えられる。実際同じII族元素であるZnやCdのイ
オン注入においてAsのイオン注入が活性化率向上に効
果があることが知られている。しかし、Asの原子番号
は33であり、Beの4、Mgの12に比べて大きく重
い元素であるため、BeやMgと同じ射影飛程を得よう
とすると、Asの注入エネルギーは莫大なものとなる。
このため、基板の注入損傷が増加し、かえってキャリア
濃度が低下する、という実験結果が得られている。
化率を高めるため、V族のAsをイオン注入して補うこと
が考えられる。実際同じII族元素であるZnやCdのイ
オン注入においてAsのイオン注入が活性化率向上に効
果があることが知られている。しかし、Asの原子番号
は33であり、Beの4、Mgの12に比べて大きく重
い元素であるため、BeやMgと同じ射影飛程を得よう
とすると、Asの注入エネルギーは莫大なものとなる。
このため、基板の注入損傷が増加し、かえってキャリア
濃度が低下する、という実験結果が得られている。
このようにGaAs結晶にBeやMgなどII族の軽元素
をイオン注入して高濃度p型層を得ることは、未解決の
技術的課題であった。
をイオン注入して高濃度p型層を得ることは、未解決の
技術的課題であった。
本発明は上述の技術的課題を解決して、III−V族化合
物半導体層にBeやMg等のII族元素のイオン注入によ
り高濃度p型層を形成するようにした半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
物半導体層にBeやMg等のII族元素のイオン注入によ
り高濃度p型層を形成するようにした半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
本発明においては、III−V族化合物半導体層にBeや
Mgをイオン注入する工程と前後して、半導体層の構成
元素としては含まれないリン(P)をイオン注入し、こ
れらのイオン注入工程の後熱処理して高濃度p型層を形
成する。
Mgをイオン注入する工程と前後して、半導体層の構成
元素としては含まれないリン(P)をイオン注入し、こ
れらのイオン注入工程の後熱処理して高濃度p型層を形
成する。
前述したようにBeやMgのイオン注入で高濃度p型G
aAs層が得られない理由は、Ga格子点に入る元素で
あるGaとBeまたはMgの量と、As格子点に入るA
sの量のずれが大きいことである。本発明においては、
As格子点に入るAs量の不足を補うために、同じV族
元素であるPをイオン注入し、BeやMgのGa格子位
置への置換を促進し、BeやMgのアクセプタ不純物と
しての活性化率を向上することができる。Pは原子番号
が15であり、Asに比べて小さく軽い元素であるた
め、比較的小さい注入損傷でBeやMgに匹敵する射影
飛程を得ることができる。更に、GaPとGaAsが全
率固溶体をつくることから予想されるように、Pの導入
によってGaAs結晶中に新たな結晶欠陥が誘起される
ことはない。
aAs層が得られない理由は、Ga格子点に入る元素で
あるGaとBeまたはMgの量と、As格子点に入るA
sの量のずれが大きいことである。本発明においては、
As格子点に入るAs量の不足を補うために、同じV族
元素であるPをイオン注入し、BeやMgのGa格子位
置への置換を促進し、BeやMgのアクセプタ不純物と
しての活性化率を向上することができる。Pは原子番号
が15であり、Asに比べて小さく軽い元素であるた
め、比較的小さい注入損傷でBeやMgに匹敵する射影
飛程を得ることができる。更に、GaPとGaAsが全
率固溶体をつくることから予想されるように、Pの導入
によってGaAs結晶中に新たな結晶欠陥が誘起される
ことはない。
本発明によれば、例えばMgのイオン注入により従来実
現できなかったような7×1019/cm3という高いキ
ャリア濃度のp型層を得ることが可能となった。本発明
を例えばHBTの製造に適用すれば、高濃度外部ベース
層の形成が可能であり、ベース抵抗の低減により動作周
波数の向上を計ったHBTを得ることができる。
現できなかったような7×1019/cm3という高いキ
ャリア濃度のp型層を得ることが可能となった。本発明
を例えばHBTの製造に適用すれば、高濃度外部ベース
層の形成が可能であり、ベース抵抗の低減により動作周
波数の向上を計ったHBTを得ることができる。
具体的な素子構造に適用した実施例の説明に先だち、半
絶縁性GaAs基板にMgとPのイオン注入により高濃
度p型層を形成した実験結果を説明する。
絶縁性GaAs基板にMgとPのイオン注入により高濃
度p型層を形成した実験結果を説明する。
第1図は、半絶縁性GaAs基板にMgとPをそれぞれ
180KeVの注入エネギーで同じ量イオン注入した時
のMg注入量と得られたp型層のシートキャリア濃度の
関係(実線)を示したものである。図には、Pイオン注
入を行なわない従来例(破線)を併せて示している。こ
れらのイオン注入後の熱処理は、CVDSiO2膜によ
り表面を覆い、ハロゲンランプにより850℃に加熱す
ることで行なった。従来法では、Mg注入量が2×10
14/cm2を越すとキャリア濃度が飽和傾向を示すのに
対して、本発明の方法では、2×1015/cm2という
高い注入量においても不純物活性化率が70%という大
きい値を示し、従来法による場合に比べて約5倍のシー
トキャリア濃度が得られている。更にこのときのキャリ
ア濃度分布を第2図に実線で示す。Pイオン注入の併用
によりV族元素の不足による異常なMgの拡散が抑制さ
れる結果、従来法に比べて急峻なキャリア濃度分布が得
られ、ピークキャリア濃度は7×1019/cm3に達し
た。第2図には、180KeVにおけるMgとPのLS
S理論曲線をそれぞれ破線で示したが、特に注入エネル
ギーを増加しなくてもPの飛程がMgのそれに匹敵する
ことが理解される。
180KeVの注入エネギーで同じ量イオン注入した時
のMg注入量と得られたp型層のシートキャリア濃度の
関係(実線)を示したものである。図には、Pイオン注
入を行なわない従来例(破線)を併せて示している。こ
れらのイオン注入後の熱処理は、CVDSiO2膜によ
り表面を覆い、ハロゲンランプにより850℃に加熱す
ることで行なった。従来法では、Mg注入量が2×10
14/cm2を越すとキャリア濃度が飽和傾向を示すのに
対して、本発明の方法では、2×1015/cm2という
高い注入量においても不純物活性化率が70%という大
きい値を示し、従来法による場合に比べて約5倍のシー
トキャリア濃度が得られている。更にこのときのキャリ
ア濃度分布を第2図に実線で示す。Pイオン注入の併用
によりV族元素の不足による異常なMgの拡散が抑制さ
れる結果、従来法に比べて急峻なキャリア濃度分布が得
られ、ピークキャリア濃度は7×1019/cm3に達し
た。第2図には、180KeVにおけるMgとPのLS
S理論曲線をそれぞれ破線で示したが、特に注入エネル
ギーを増加しなくてもPの飛程がMgのそれに匹敵する
ことが理解される。
第3図は本発明を適用したHBTの断面構造を示す。図
において、1はn+型GaAs基板、2はコレクタとな
るn型GaAs層、3はベースとなるp型GaAs層、
4はエミッタとなるn型AlGaAs層、5はn+型G
aAs層である。このようにエミッタ接合にAlGaA
s−GaAsヘテロ接合を用いたnpnウェーハをエピ
タキシャル成長法やイオン注入法を利用して形成した
後、本発明の方法によりMgとPをイオン注入して高濃
度p+型外部ベース層6を形成する。7はベース電極、
8はSiO2膜、9はエミッタ電極、10はボロン
(B)をイオン注入して形成した高抵抗層である。
において、1はn+型GaAs基板、2はコレクタとな
るn型GaAs層、3はベースとなるp型GaAs層、
4はエミッタとなるn型AlGaAs層、5はn+型G
aAs層である。このようにエミッタ接合にAlGaA
s−GaAsヘテロ接合を用いたnpnウェーハをエピ
タキシャル成長法やイオン注入法を利用して形成した
後、本発明の方法によりMgとPをイオン注入して高濃
度p+型外部ベース層6を形成する。7はベース電極、
8はSiO2膜、9はエミッタ電極、10はボロン
(B)をイオン注入して形成した高抵抗層である。
この実施例によるHBTは、外部ベース層の抵抗が充分
小さく、従って高速動作が可能であった。
小さく、従って高速動作が可能であった。
なお本発明において、Pの注入量および注入の加速電圧
をMgやBeのそれと等しくすることは必ずしも必要で
はない。例えば、Pの注入量をMg注入量の1/10か
ら10倍程度の範囲で選択して不純物活性化率向上の効
果が得られる。またp型層を形成するための元素として
Mg,Beの他Zn,Cdなど他のII族元素を用いる場
合にも同様にPイオン注入を併用することは有効であ
る。更に本発明はGaAsの他、InAsやAlGaA
s等他のIII−V族半導体にp型層を形成する場合に適
用することができる。
をMgやBeのそれと等しくすることは必ずしも必要で
はない。例えば、Pの注入量をMg注入量の1/10か
ら10倍程度の範囲で選択して不純物活性化率向上の効
果が得られる。またp型層を形成するための元素として
Mg,Beの他Zn,Cdなど他のII族元素を用いる場
合にも同様にPイオン注入を併用することは有効であ
る。更に本発明はGaAsの他、InAsやAlGaA
s等他のIII−V族半導体にp型層を形成する場合に適
用することができる。
第1図は本発明による半絶縁性GaAs基板へのMgイ
オン注入量とシートキャリア濃度の関係を示す図、第2
図は同じくキャリア濃度分布を示す図、第3図は本発明
を適用したHBTを示す図、第4図は従来法による半絶
縁性GaAs基板に対するMg注入量とシートキヤリア
濃度の関係を示す図、第5図は同じくキャリア濃度分布
を示す図である。 1……n+型GaAs基板、2……n型GaAs層(コ
レクタ)、3……p型GaAs層(ベース)、4……n
型AlGaAs層(エミッタ)、5……n+型GaAs
層、6……p+型外部ベース層、7……ベース電極、8
……SiO2膜、9……エミッタ電極、10……高抵抗
層。
オン注入量とシートキャリア濃度の関係を示す図、第2
図は同じくキャリア濃度分布を示す図、第3図は本発明
を適用したHBTを示す図、第4図は従来法による半絶
縁性GaAs基板に対するMg注入量とシートキヤリア
濃度の関係を示す図、第5図は同じくキャリア濃度分布
を示す図である。 1……n+型GaAs基板、2……n型GaAs層(コ
レクタ)、3……p型GaAs層(ベース)、4……n
型AlGaAs層(エミッタ)、5……n+型GaAs
層、6……p+型外部ベース層、7……ベース電極、8
……SiO2膜、9……エミッタ電極、10……高抵抗
層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/73
Claims (3)
- 【請求項1】III−V族化合物半導体層にII族元素をイ
オン注入する工程と、この工程と前後して前記半導体層
の同じ領域に半導体層の構成元素としては含まれないリ
ンをイオン注入する工程と、これらのイオン注入工程の
後熱処理を行なって高濃度p型層を形成する工程とを備
えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】前記III−V族化合物半導体はGaAsで
あり、前記II族元素はマグネシウムまたはベリリウムで
ある特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項3】前記高濃度p型層はヘテロ接合バイポーラ
トランジスタの外部ベース層である特許請求の範囲第1
項記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18700285A JPH0656838B2 (ja) | 1985-08-26 | 1985-08-26 | 半導体装置の製造方法 |
DE8686306578T DE3679947D1 (de) | 1985-08-26 | 1986-08-26 | Halbleiteranordnungen und verfahren zur herstellung mittels ionenimplantation. |
EP86306578A EP0213919B1 (en) | 1985-08-26 | 1986-08-26 | Semiconductor devices and method of manufacturing same by ion implantation |
US07/559,410 US5053846A (en) | 1985-08-26 | 1990-07-26 | Semiconductor bipolar device with phosphorus doping |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18700285A JPH0656838B2 (ja) | 1985-08-26 | 1985-08-26 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6247120A JPS6247120A (ja) | 1987-02-28 |
JPH0656838B2 true JPH0656838B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=16198486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18700285A Expired - Fee Related JPH0656838B2 (ja) | 1985-08-26 | 1985-08-26 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0656838B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01143261A (ja) * | 1987-11-27 | 1989-06-05 | Nec Corp | 半導体装置 |
JP2599807B2 (ja) * | 1990-03-30 | 1997-04-16 | 株式会社神戸製鋼所 | 炭酸ガスアーク溶接用低スパッタソリッドワイヤ |
-
1985
- 1985-08-26 JP JP18700285A patent/JPH0656838B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6247120A (ja) | 1987-02-28 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |