JPH08203841A - Znの固相拡散方法およびLEDの製造方法 - Google Patents
Znの固相拡散方法およびLEDの製造方法Info
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Abstract
Zn拡散を行うことができる、固相拡散方法の提供。 【構成】 GaAs0.8 P0.2 エピタキシャル基板10
上に、スパッタリング法を用いて、厚さ150ÅのZn
O・SiO2 膜12を形成する。次に、このZnO・S
iO2 膜12の上に、Znの酸化物膜として、厚さ15
00ÅのZnO膜を形成する。次に、このZnO膜上
に、アニーリングキャップ膜16として厚さ500Åの
SiO2 膜を形成して拡散源を被覆する。次に、この積
層構造体に、700℃の温度で60分間アニーリングを
行って、Znを固相拡散させ、結合深さが約1.5μm
のZnの拡散領域を形成した。
Description
対するZnの固相拡散方法に関する。
て、III-V化合物半導体へのZn固相拡散方法の例が、
文献:「特開昭62−98721号公報」に開示されて
いる。
先ず、N型のIII-V族化合物半導体の基板上に、Znが
ドープされた酸化物、例えばZnO・SiO2 混合膜を
スパッタ法を用いて膜付けする。次に、ZnO・SiO
2 膜をアニーリングキャップ膜で被覆してアニールす
る。アニールにより、ZnO・SiO2 膜を拡散源とし
て、基板の表面の境面を損なうことなく基板へZnを固
相拡散する。
献に開示のZnの拡散方法では、基板中のZnの拡散濃
度を充分に高くすることができない。一般に、シート抵
抗が低く、接合深さが1μm以下の浅い拡散領域を有す
る発光強度の強いLEDを形成するためには、Znの拡
散濃度を1020個/cm-3以上にする必要がある。しか
し、上記文献に開示の方法では、この濃度に達すること
が極めて困難である。例えば、ZnO:SiO2 =1:
1のmol比のターゲットを使用してスパッタリング法
により成膜した拡散源を用いた場合、基板中のZnの拡
散濃度は1020個/cm-3に達しない。
O膜を設ければ、拡散濃度を高くすることはできる。し
かし、ZnO膜と基板とが反応してしまうため、基板の
基板の表面が粗となり境面が得られない。その結果、基
板の表面に電極を形成しても接触抵抗が高くなってしま
う。
く、拡散後に電極との接触抵抗が低く、Znの表面濃度
が1020cm-3に達するような高濃度のZn拡散を行う
ことができる、固相拡散方法の実現が望まれていた。
の拡散方法によれば、n型化合物半導体の基板上に、Z
nドープドオキサイド膜、Zn酸化膜およびアニーリン
グキャップ膜を順次に積層した積層構造体を形成する工
程と、この積層構造体に熱処理を行うことにより、Zn
ドープドオキサイド膜およびZn酸化膜を拡散源とし
て、基板に、前記Znを固相拡散させる工程とを含むこ
とを特徴とする。
おいて、Znドープドオキサイド膜をZnドープドSi
O2 膜とし、Znの酸化膜をZnO膜として、この化合
物半導体にZnを拡散させると良い。
おいて、ZnドープドSiO2 膜の膜厚を100〜50
0Åとすることが望ましい。
おいて、n型化合物半導体基板として、n型GaAs
1-X PX エピタキシャル基板(但しXは組成比を表し、
0≦X≦0.4)を用いると良い。
の発明のLEDの製造方法によれば、n型化合物半導体
の基板上に、順次に積層された第2導電型のZnのドー
プドオキサイド膜および第2導電型のZn酸化膜からな
る拡散源を形成する工程と、この拡散源上に、アニーリ
ングキャップ膜を形成する工程と、このアニーリングキ
ャップ膜を形成した基板を熱処理して、拡散源から基板
へZnを拡散させことにより、拡散領域を形成する工程
と、この拡散源およびこの拡散源上のアニーリングキャ
ップ膜を除去する工程と、基板のn型の部分に電気的に
接続された第1主電極と、拡散領域に電気的に接続され
た第2主電極とを形成する工程とを含むことを特徴とす
る。
いて、基板として、n型GaAs1-X PX エピタキシャ
ル基板(但しXは組成比を表し、0≦X≦0.4)を用
いると良い。
とは、例えば通常の基板上に成長させたエピタキシャル
層を初めとする、Znを拡散することができる下地とな
るものを含む。
よれば、n型化合物半導体の基板上に、順次に積層し
た、Znドープドオキサイド膜、Zn酸化膜を拡散源と
してZnの固相拡散を行う。その結果、基板の表面への
ダメージを抑制して、且つ、基板へ高濃度のZnの固相
拡散を行うことができる。
の製造方法によれば、基板上に、順次に積層した、Zn
ドープドオキサイド膜、Zn酸化膜を拡散源としてZn
の固相拡散を行う。その結果、基板の表面へのダメージ
を抑制して、且つ、基板への高濃度のZnの固相拡散を
行うことができる。その結果、拡散領域の結合深さが例
えば1μm程度と浅くとも、拡散領域のシートが低い発
光層を形成することができる。このため、電極付近直下
の領域への電流集中を抑制でき、拡散領域の上面での発
光強度を均一にすることができる。
の発明のZnの固相拡散方法およびLEDの製造方法の
一例について、それぞれ図面を参照して説明する。尚、
参照する図面は、これらの発明が理解できる程度に各構
成成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に示して
あるにすぎない。従って、これらの発明は図示例にのみ
限定されるものではない。
明のZnの固相拡散方法の一例について説明する。図1
は、第1実施例のZnの固相拡散方法の説明に供する図
である。
エピタキシャル基板(以下、単にGaAsP基板、基板
とも称する)10上に、スパッタリング法を用いて、Z
nがドープされたSiO2 膜(以下、ZnO・SiO2
膜とも称する)12を形成する。このZnO・SiO2
膜12に含まれるZnとSiとのモル比は、Zn/(Z
n+Si)=0.3である。尚、ZnとSiとのモル比
は、0.1≦Zn/(Zn+Si)≦0.5であること
が望ましい。このモル比を0.1以上としたのは、Zn
のモル比を極端に低くすると、ZnO・SiO2 膜12
がSiO2 バリア膜として主に働くことにより、Znの
拡散を抑制しすぎてしまうからであり、その結果、高濃
度拡散を行うことが困難となるためである。また、この
モル比を0.5以下としたのは、Znのモル比を極端に
高くすると、このZnO・SiO2 膜12が実質的にZ
nO膜として振舞って基板の表面と反応してしまい、そ
の結果、基板の表面の境面を損ねてしまうためである。
結果によれば、このZnO・SiO2 膜12の膜厚が、
100〜500Åの膜厚の場合に、Znの拡散濃度が上
昇する。従って、このZnO・SiO2 膜12の膜厚は
100〜500Åが望ましい。
厚を150Åとする。
に、Znの酸化物膜としてのZnO膜を形成する。この
ZnO膜14は、その膜厚が200Å以上あれば、実質
的に無限の拡散源としてZnの固相拡散を行うことがで
きる。この実施例ではZnO膜の膜厚を1500Åとす
る。
ャップ膜16として厚さ1000ÅのSiN膜を形成し
て拡散源を被覆する。このアニーリングキャップ膜を形
成した状態での積層構造体の断面を図1に示す。
ング)を行うことにより、ZnO・SiO膜12および
ZnO膜14を拡散源20として、基板10に、Znを
固相拡散させる。
の温度で行うことが望ましい。750℃より高い温度で
アニールすると、拡散源の膜にクラックやピンホールの
発生が著しくなり、拡散源の膜のダメージが大きくな
る。また、高温でアニールすると、拡散源の膜と基板の
表面との反応が起こって、拡散源の膜を除去した後に、
境面の表面を得ることが困難となるためである。このた
め、アニーリングの温度は、より望ましくは600〜7
00℃程度が良い。この実施例では、700℃の温度で
60分間アニーリングを行って、結合深さが約1.5μ
mのZnの拡散領域を形成した。
基板のPの組成比Xは、0≦X≦0.4であることが望
ましい。これは、組成比Xが0.4よりも大きくなると
間接半導体となるためである。また、組成比Xが0、即
ち、n型GaAsエピタキシャル基板であっても良い。
れた拡散領域の、Zn濃度プロフィールを2次イオン質
量分析法(SIMS)によって分析した結果を示す。
尚、SIMSによる分析にあたっては、5.5kVでセ
シウム(Ce)を用いた。
体の表面からの深さ(μm)を表しており、縦軸は、Z
n濃度(個/cm-3)を対数で表している。そして、グ
ラフ中の曲線Iは、第1実施例で得られた拡散領域のZ
n濃度プロフィールを示している。曲線Iに示すよう
に、この実施例では、表面からの深さが1.5μm付近
までのZn濃度は1020個/cm-3以上を達成してい
る。
従来周知の方法でZnを拡散して得られた拡散領域のZ
n濃度プロフィールのSIMSによる分析結果も、曲線
IIとして重ねて示しある。比較例においては、基板上
に、厚さ1500ÅのZnO・SiO2 膜および厚さ1
000ÅのSiN膜を順次に積層し、750℃の温度で
30分間加熱処理を行ってZnを拡散させている。曲線
IIに示すように、比較例では、基板の表面付近において
もZn濃度は高々5×1019個/cm-3を越えない程度
であり、1020個/cm-3には達しない。
-3以上の高濃度のZnの固相拡散を容易に再現性良く実
現することができる。また、基板の化合物半導体基板の
表面と、拡散源を構成するZnO・SiO2 膜との反応
が弱いため、拡散源を除去した後に境面を得ることがで
きる。
明のLEDの製造方法の一例について説明する。図3の
(A)〜(C)は、第2実施例のLEDの製造方法の説
明に供する前半の断面工程図である。図4の(A)およ
び(B)は、図3の(C)に続く、後半の断面工程図で
ある。
先ず、n型GaAs0.8 P0.2 エピタキシャル基板(以
下、単にGaAsP基板、基板とも称する)30上に、
開口部32aを有する、Al2 O3 の拡散マスクパター
ン32を形成する(図3の(A))。
板上全面に、P型のZnであるZnがドープされたSi
O2 膜(以下、ZnO・SiO2 膜と称する)34およ
びZnO膜36をスパッタリング法を用いて順次に積層
して、ZnO・SiO2 膜34およびZnO膜36から
なる拡散源40を形成する。ここでは、ZnO・SiO
2 膜34の膜厚を150Åとし、ZnO膜36の膜厚を
1500Åとする。次に、この拡散源40上に、SiN
からなるアニーリングキャップ膜38を形成して拡散源
40を被覆する(図3の(B))。
形成した基板を熱処理する。この熱処理により、拡散源
40から基板30へ開口部32aを介してZnを選択的
に拡散させて、拡散領域42を形成する(図3の
(C))。
ニーリングキャップ膜を除去する。この実施例では、基
板上に、ZnO・SiO2 膜を設けてあるため、基板の
表面と拡散源との反応を抑制することができる。その結
果、拡散源を除去することにより、開口部32aに露出
した拡散領域の表面44は境面となる(図4の
(A))。
表面44の一部に電気的に接続されたP側電極としてA
l電極48を形成する。次に、基板の裏面を研磨した
後、基板の底面にN側電極としてAu合金電極46を形
成する。このLEDでは、この露出した拡散領域の表面
44が発光面44となる(図4の(B))。
したLEDに1.6V程度の電圧を印加して発光させた
ときの発光面の発光強度分布を示す。グラフの横軸は、
LEDの発光面の電極からの距離を表し、縦軸は、LE
Dの発光強度(任意単位)を表している。そして、図5
のグラフ中の曲線III は、この実施例で製造したLED
の発光強度分布を示している。曲線III に示すように、
この実施例で製造したLEDは、発光面全体にわたっ
て、幅100μm程度の範囲で均一な発光強度となって
いる。
の発光強度分布を曲線IVとして重ねて示す。この比較例
のLEDは、拡散領域の形成にあたり、従来周知の気相
拡散法を用い、750℃の温度で、1時間熱処理を行っ
て接合深さ約1.5μmの拡散領域を形成している。曲
線IVに示す比較例では、Al電極の直近の発光強度のみ
が強く、Al電極から遠ざかるにつれて発光強度は急激
に減少している。このように、従来の気相拡散によるL
EDでは、特に、拡散領域の結合の深さXj が1.5μ
m以下の浅い場合に、発光強度の面内分布の不均一が顕
著となる。
域の結合深さが浅くとも、Znの拡散濃度が高くなって
いる。このため、浅い結合深さであっても、電極付近直
下の領域に電流が集中せずにLEDの発光面内での発光
強度を均一にすることができる。その結果、電極から離
れても発光強度がほとんど減少しないので、高い光量の
LEDを得ることができる。また、結合深さが浅いと、
発光層におけるZnのサイド拡散を抑制することがで
き、高密度のLEDアレイが作成可能というメリットも
ある。
明のLEDの製造方法の一例について説明する。図6の
(A)〜(C)は、第3実施例のLEDの製造方法の説
明に供する前半の断面工程図である。図7の(A)およ
び(B)は、図6の(C)に続く、後半の断面工程図で
ある。
先ず、n型GaAsPエピタキシャル基板(以下、単に
GaAsP基板、基板とも称する)50上全面に、P型
のZnであるZnがドープされたSiO2 膜(以下、Z
nO・SiO2 膜と称する)54およびZnO膜56を
スパッタリング法を用いて順次にスパッタリング法を用
いて積層して、ZnO・SiO2 膜54およびZnO膜
56からなる拡散源(図示せず)を形成する。この実施
例では、ZnO・SiO2 膜54の膜厚を150Åと
し、ZnO膜56の膜厚を1500Åとする。次に、フ
ォトリソグラフィーおよびエッチングを行って、島状の
拡散源パターン60を画成する(図6の(A))。
状全面に、SiNからなるアニーリングキャップ膜58
を形成する(図6の(B))。
形成した基板を熱処理する。この熱処理により、拡散源
パターン60から基板50へZnを選択的に拡散させ
て、拡散領域62を形成する(図6の(C))。
aを具えたレジストパターン64を形成する(図7の
(A))。
トパターンを介してエッチングを行って、開口部64a
に露出したアニーリングキャップ膜58部分および拡散
源パターン60を除去して、拡散領域62の表面を露出
させる。この表面は、第2実施例で得られた表面44と
同様に境面となる。
表面64の一部に電気的に接続されたP側電極としてA
l電極68を形成する。次に、基板の裏面を研磨した
後、N側電極としてAu合金電極66を形成する。この
ようにして、LEDを得ることができる(図7の
(B))。
Dと同様に、拡散領域の結合深さが浅くとも、Znの拡
散濃度が高くなっている。このため、浅い結合深さであ
ってもLEDの発光面内での発光強度を均一にすること
ができる。その結果、電極から離れても発光強度がほと
んど減少しないので、高い光量のLEDを得ることがで
きる。また、結合深さが浅いと、発光層におけるZnの
サイド拡散を抑制することができる。このため、高密度
のLEDアレイが作成可能となる。
発明を特定の材料を使用し、特定の条件で形成した例に
ついて説明したが、これらの発明は多くの変更および変
形を行うことができる。例えば、上述した各実施例で
は、拡散源となる膜をスパッタ法を用いて形成したが、
これらの発明では、拡散源となる膜をスパッタ法以外の
方法、例えばCVD法を用いて形成することも考え得
る。
グキャップ膜として、SiN膜を形成したが、これらの
発明では、アニーリングキャップ膜として、例えば、A
l2O3 膜、SiO2 膜、SiON膜またはAlN膜を
形成しても良い。
ド酸化膜として、SiO2 にZnをドープしたものを用
いたが、これらの発明では、例えばAl2 O3 にZnを
ドープしたものをZnドープド酸化膜として用いても良
い。
としてGaAsP基板を用いたが、これらの発明では、
GaAs、GaAlAsInPといった化合物半導体を
材料として用いることも考えられる。
方法によれば、n型化合物半導体の基板上に、順次に積
層した、Znドープドオキサイド膜、Zn酸化膜を拡散
源としてZnの固相拡散を行う。その結果、基板の表面
と拡散源との反応を抑制して、且つ、基板へ高濃度のZ
nの固相拡散を行うことができる。
の製造方法によれば、n型化合物半導体の基板上に、順
次に積層した、Znドープドオキサイド膜、Zn酸化膜
を拡散源としてZnの固相拡散を行う。その結果、基板
の表面と拡散源との反応を抑制して、且つ、基板への高
濃度のZnの固相拡散を行うことができる。その結果、
拡散領域の結合深さが浅くとも、Zn濃度が高く、シー
ト抵抗の低い拡散領域を形成することができる。このた
め、拡散領域の上面での発光強度が均一なLEDを作成
することができる。
る断面図である。
濃度プロフィールの分析結果を示すグラフである。
方法の説明に供する前半の断面工程図である。
半の断面工程図である。
光強度分布のグラフである。
方法の説明に供する前半の断面工程図である。
半の断面工程図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 n型化合物半導体の基板上に、Znドー
プドオキサイド膜、Zn酸化膜およびアニーリングキャ
ップ膜を順次に積層した積層構造体を形成する工程と、 該積層構造体に熱処理を行うことにより、前記Znドー
プドオキサイド膜および前記Zn酸化膜を拡散源とし
て、前記基板に、前記Znを固相拡散させる工程とを含
むことを特徴とするZnの固相拡散方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のZnの固相拡散方法に
おいて、 前記Znドープドオキサイド膜をZnドープドSiO2
膜とし、 前記Znの酸化膜をZnO膜として、 該n型化合物半導体基板にZnを拡散させることを特徴
とするZnの固相拡散方法。 - 【請求項3】 請求項2に記載のZnの固相拡散方法に
おいて、 前記ZnドープドSiO2 膜の膜厚を100〜500Å
とすることを特徴とするZnの固相拡散方法。 - 【請求項4】 請求項2に記載のZnの固相拡散方法に
おいて、 前記ZnドープドSiO2 膜をスパッタリング法を用い
て形成し、且つ、 当該ZnドープドSiO2 膜のZnとSiとのモル比
を、0.1≦Zn/(Zn+Si)≦0.5の範囲とす
ることを特徴とするZnの固相拡散方法。 - 【請求項5】 請求項2〜4に記載のZnの固相拡散方
法において、 前記n型化合物半導体基板として、n型GaAs1-X P
X エピタキシャル基板(但しXは組成比を表し、0≦X
≦0.4)を用いることを特徴とするZnの固相拡散方
法。 - 【請求項6】 n型の合物半導体の基板上に、順次に積
層されたZnのドープドオキサイド膜およびZnの酸化
膜からなる拡散源を形成する工程と、 該拡散源上に、アニーリングキャップ膜を形成する工程
と、 該アニーリングキャップ膜を形成した基板を熱処理し
て、前記拡散源から前記基板へZnを拡散させことによ
り、拡散領域を形成する工程と、 該拡散源および該拡散源上のアニーリングキャップ膜を
除去する工程と、 前記基板のn型の部分に電気的に接続された第1主電極
と、前記拡散領域に電気的に接続された第2主電極とを
形成する工程とを含むことを特徴とするLEDの製造方
法。 - 【請求項7】 請求項6に記載のLEDの製造方法にお
いて、 前記基板として、n型GaAs1-X PX エピタキシャル
基板(但しXは組成比を表し、0≦X≦0.4)を用い
ることを特徴とするZnの固相拡散方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1346695A JP3563141B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Znの固相拡散方法およびLEDの製造方法 |
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ID=11833925
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