JPS5918631A - 半導体結晶中への不純物拡散方法 - Google Patents

半導体結晶中への不純物拡散方法

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JPS5918631A
JPS5918631A JP12793382A JP12793382A JPS5918631A JP S5918631 A JPS5918631 A JP S5918631A JP 12793382 A JP12793382 A JP 12793382A JP 12793382 A JP12793382 A JP 12793382A JP S5918631 A JPS5918631 A JP S5918631A
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JP
Japan
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diffusion
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impurity
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JP12793382A
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Yoichi Isoda
磯田 陽一
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/223Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase
    • H01L21/2233Diffusion into or out of AIIIBV compounds

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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】 本発明は半導体結晶中へ不純物を局部的に拡散する方法
に関するものである。
IC,)ランジスタ2発うを素子、受光素子等、半導体
素子の製造には不純物の選択拡散は必要欠くべからざる
工程の1つである。不純物全半導体結晶中へ局部的に拡
散するには拡散マスクを使用するが、この拡散マスクの
選択、拡散条件の設定が適切でないと結晶構成元素のぬ
け、熱ひすみ等によシ半導体結晶中に格子欠陥が生じる
。この格子欠陥は半導体素子の特性に悪い影響を及はす
ため、半導体結晶中に格子欠陥が生じない不純物拡散方
法がいろいろと検討されている。
以下、話を簡単にするため半導体発光素子を具体例にと
り説明する。
一般に、半導体発光素子の製造に選択拡散が用いられる
場合、拡散マスクとしてもっばらSiO2全中心とした
絶縁膜が用いられていた。
しかし、これらの絶縁膜は、熱膨張係数が半導体材料と
比べて一桁近くも小さいために、拡散工程中の温度上昇
による半導体と選択マスクとの熱膨張の差のために生ず
るストレスが原因となって、主に拡散マスクのエツジ付
近に格子欠陥の発生がしばしば見られた。この様な半導
体表面付近の格子欠陥は、素子を通電した時に半導体内
部に拡がって素子の性能を大幅に低下させてしまうため
に素子の信頼性に悪影響がある。
一方、n型のInP基板を用いた半導体レーザの製造に
おいて、前記の様な拡散工程中の拡散マスクと半導体基
板との間の熱膨張の差によるストレスによりて生ずる格
子欠陥の導入を防ぐために従来よシ用いられてきた方法
がある。例えば、K。
Oe 、S、Ando 、and K、Sugiyar
na 、J、A−ppl、Phyg、51 (7)、1
980参照。
第1図(al〜(i+はこのような従来の半導体レーザ
の製造方法を工程順に説明した断面図である。
まず、第1図(alに示すように、I X 1018c
m ”程度の不純物濃度を有するn型のInP基板1の
」二に、液相または気相のエビクキシャル成長法によシ
lX10 圀 程度の不純物濃度を有する厚さ約8μm
のn型のInPバッファ一層2、ノンドープの厚さ約0
.2μmのInGaAsP活性層3.3 X 10”c
m ”程度の不純物濃度を有する厚さ約1.5μmのp
型のInPクラッド層4.5X10crn程度の不純物
濃度を有する厚さ約0.5μmのれ型QInGaA8P
キャップ層5、ノンドープの厚さ約1μmのInPマス
ク層6全6金順序で連続的に成長する。
次に第1図(blに示すように、CVD(気相成長法)
またはスパッタリングによりS、O,等の絶縁膜7をI
nPマスク層6の上に被着させ、次に第1図(C1に示
すように、フォトレジスト工程と化学エツチングとによ
り、電流狭窄を行うための拡散を要する部分に対応して
絶縁膜7を一部除去する。このエツチングを施された絶
縁膜7をマスクとしてInPマスク層6のエツチングを
行う(第1図(d))。このエツチングでは、InGa
AsPキャップ層5は侵さずにInPマスク層6のみを
侵すHCl1.(塩酸)等の選択エツチング液を用い、
絶縁膜7の除去された領域の直下のInPマスク層6を
全て除去する。続いて第1図(e)に示すように、絶縁
膜7′ff、HF(フッ化水素酸を主成分とするエツチ
ング液により除去した後、InPマスク層6を選択拡散
用のマスクとしてzn等のp型不純物を拡散する(第1
図(f))。この時拡散領域8の深さとしては、約I 
X 10”cm−”のp型不純物濃f′Jt、有する拡
散フロントがInPマスク層6の除去された領域では、
その直下のInGaA8Pキャップ層5を貫いてInP
クラッド層4内に達し、一方InPマスク層6の除去さ
れていない領域では、InPマスク層6内にとどまる様
に拡散茶件が設定される。このZn等のp型不純物の拡
散速度は、InPマスク層611nPクラッド層4及び
InGaAgPキャップ層5内では互いに大きな差はな
いので、拡散条件としては表面からの拡散深さが約0,
8μmとなる様に設定すれば良い。
次の第1図(glの工程において、選択拡散マスクとし
て用いたInPマスク層IHci等の選択エツチング液
により除去し穴径、p側のオーム性電極9′tl−形成
しく第1図(11))、n(lIIのオーム性電極10
の形成を行って(第1図(i))半導体レーザの製造工
程が終了する。
このような従来の半導体レーザの製造方法は次の様な欠
点がある。それは、第1図(f)の拡散工程は、通常試
料及び7.n等の拡散源を共に封入したアンプル金熱処
理することによって行われるが、P (IJン)の飽和
蒸気圧が非常に高いために拡散されるべきInGaAs
Pキャップ層5の表面付近のPが大量に蒸発して、jn
G&ARPキャップ層50表面近傍の組成に変動が生じ
、表面荒れを生じる場合が多いことである。
この様な荒れを抑制するために拡散源内に赤リン等の過
剰のPを予め含ませておく手段も採られてはいるが、そ
の制御が容易ではなく、また拡散深さが大きくなるにつ
れて難しさも増す傾向にある。この様な表面荒れは結晶
欠陥の源となりi造された素子の信頼性に悪い影響を及
はす。
本発明の目的は、従来の欠点を除き、拡散時に生じる表
面荒れに起因した格子欠陥の導入を抑えて不純物を半導
体結晶中へ局部的に拡散する方法を提供することKある
本発明の方法は、飽和蒸気圧が高め元素を含む材料から
成るキャップ層を表面に備えている半導体結晶中へ不純
物を局所的に拡散する方法において、不純物が透過する
程度に厚みが薄い部分全局部的に具備した拡散マスクを
前記キャップ層表面全面に形成した後、半導体結晶を不
純物元素の界囲気中で加熱する点に特徴がある。
本発明によれば、半導体結晶表面全体を拡散マスクで覆
っているため結晶表面から結晶構成元素がぬけることが
ないので拡散時に生じる表面荒れをなくすことができる
。また拡散マスクに開孔部がないので被拡散部における
熱ひずみも小さく格子欠陥の発生を抑えることができる
以下、不発8Aを実施例に基づき詳説する。
第2図(al〜(i)は本発明の実施例を製造工程順に
示した断面図である。まず第2図(alにおいて、従来
と同様Kn型のInP基板1の上にn型のInPハッ7
7一層2、InGaAsP活性層3s  I’型のIn
Pクラッド層4、n型のInGaAsPキー?ツブ層5
、ノンドープまたはn型のInPマスク層af:、、こ
の1願序で連続的に形成する。次に第2図(bl 、 
(C)に示すように、slO!等の絶縁膜7 t In
Pマスク層6の上に被着させ、その絶縁膜7の一部を除
去する。
次に第2図(d)K示すように、エツチングを施された
絶縁膜7をマスクとしてInPマスク層6のエツチング
を行うが、このエツチングは、従来の方法と異なり、エ
ツチング速度の制御性に優れている硫酸、過酸化水床、
水からなるエツチング液(以下、硫酸系エツチング液と
いう>?、用いることによシ、絶縁膜7の除去領域直下
のInPマスク層6を全て除去せずに一部残しておく。
続いて第2図(e) 、 (f)に示すように、絶縁膜
71fcエツチング液によシ除去した後、Inpwスク
Wi6’!r選択拡散用のマスクとしてzn等のp型不
純物全拡散する。この時拡散領域8の深さとしては、約
1×10cMI のp型不純物濃度を有する拡散フロン
トがInPマスク層6の層厚を減らされた領域では、そ
の直下のInGaA8Pキャップ層5を貫いてニーnp
クラッド層4内に達し、一方InPマスク層60層厚を
減らされていな一領域ではInPマスク層6内にとどま
る様に拡散条件が設定される。
この条件の設定は、例えばS  InGaAIIIPキ
ャップ層5及びInPマスク層6の厚みをそれぞれ0.
5μm、1.3μmとするとともに、エツチング工程に
おけるInPマスク層6のエツチングの深さ’t1.0
μm拡散工程における拡散深さ’ti、iμmとするこ
とによシ可能である。次の第2図(g)。
(Ill 、 (i)の各工程においても従来と同様に
%  InPマスクwI6を除去した後、p側のオーム
性電極9とn側のオーム性電極10とを形成して半導体
レーザを完成する。
この実施例の方法によれば、従来の方法と異なシ、拡散
工程時に半導体基板に生じやすい表面荒れを基板表面の
平坦性を損なうことなく選択エツチングによシ除去でき
るので、表面荒れに起因する格子欠陥の導入を抑制して
信頼性の極めて優れた素子を製造することができる。
第3図(al〜(1)は本発明の第2の実施例を製造工
程順に示した断面図である。この実施例において、第3
図+alから第3図+f)までの工程は第2図の場合と
同様である。但し、第3図(flの拡散工程の拡散条件
が、t42図の場合と具っている。この条件の設定は、
例えばs  InGaAsPキャップ層5及びInPマ
スク層6の厚みをそれぞれ0.9μmと1.1μmとす
るとともに、In’Pマスク層6のエツチングの深さを
0.8μm1また拡散工程における拡散深さを1.5μ
mとすることによシ可能である。
次の第3図(g)〜(i+の工程も第2図の場合と同様
である。この第2の実施例の方法によれば、第2図の場
合と同様の信頼性の極めて優れた素子が得られると共K
、この実施例は、第2図の実施例に対して、n型のIn
GaAsPキャップ層の表面全体がp型に変換されてい
るために、p側のオーム性電極形成においてオーム性接
触をなす面積が大幅に拡大され極めて接触抵抗の低騒素
−ff得ることもできる。
なお、この発明は第2図及び第3図に示した実施例に限
らず、端面発光型及び表面発光型の発光ダイオードトラ
ンジスタ、IC等他の半導体素子の製造にも適用できる
以上説明した様に、本発明によれば拡散工程時に半導体
結晶に生じやすい表面荒れを表面の平坦性を損なうこと
なく選択エツチングで除去できるので、表面荒れに起因
する格子欠陥の導入が抑制され、従来の方法に比べて信
頼性が大幅に向上した素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(al〜(ilは従来の半導体素子の製造方法を
製造工程順に示した断面図、第2図tal〜(ilは本
発明の実施例を製造工程順に示した断面図、第3図(a
l〜(i)は本発明の第2の実施例を製造工程順に示し
た断面図である。図において、1・・・・・・InP基
板、2・・・・・・InPバッファ一層、3・・・・・
・InGa−A+sP活性層、4・・・・・・InPク
ラッド層、5・・・・・・InGaA8Pキャップ層、
6・・・・・・InPマスク層、7・・・・・・絶縁膜
、8・・・・・・拡散領域、9.10・・・・・・オー
ム性電極、である。 (八λ                (bン   
           (C]讐 1 ツ1 (久)              (レノ     
        (C〕(〆)           
     (e)               (f
−)寮Z例

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 飽和蒸気圧が高い元素を含む材料から成るキャップ層を
    表面に備えている半導体結晶中へ不純物を局所的に拡散
    する方法において、当該不純物が透過する程度に厚みが
    薄い部分全局部的に具備した拡散マスクを前記キャップ
    層表面全面に形成した後、当該半導体結晶を不純物元素
    の雰囲気中で加熱することを特徴とする半導体結晶中へ
    の不純物拡散方法。
JP12793382A 1982-07-22 1982-07-22 半導体結晶中への不純物拡散方法 Pending JPS5918631A (ja)

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JPS5918631A true JPS5918631A (ja) 1984-01-31

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01174897A (ja) * 1987-12-26 1989-07-11 Hitachi Ltd ヒートパイプ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01174897A (ja) * 1987-12-26 1989-07-11 Hitachi Ltd ヒートパイプ

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