JPS5925396B2 - 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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- JPS5925396B2 JPS5925396B2 JP49004982A JP498274A JPS5925396B2 JP S5925396 B2 JPS5925396 B2 JP S5925396B2 JP 49004982 A JP49004982 A JP 49004982A JP 498274 A JP498274 A JP 498274A JP S5925396 B2 JPS5925396 B2 JP S5925396B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡ
ｓ等の■−Ｖ族化合物半導体基板に該基板の導電型また
は導電率を制御し得る原子を導入する方法に関するもの
である。
ｓ等の■−Ｖ族化合物半導体基板に該基板の導電型また
は導電率を制御し得る原子を導入する方法に関するもの
である。
すなわち、本発明は■−Ｖ族化合物半導体基板に、Ｚｎ
、Ｃｄ等のアクセプター不純物原子、Ｓ、Ｂｅ等のドナ
ー不純物原子を導入する方法に関する。
、Ｃｄ等のアクセプター不純物原子、Ｓ、Ｂｅ等のドナ
ー不純物原子を導入する方法に関する。
これ等の代表的な例として、ＧａＰ基板にＺｎを導入す
る方法を用いて本発明を説明する。
る方法を用いて本発明を説明する。
本発明と比較されるべき従来技術として、拡散源として
Ｚｎｐ２を用い、ｎ形ＧａＰ基板の表面から約１０ｔｔ
ｍの深さまでＰ形に変える方法について述べる。この方
法は良く研磨、化学エッチングされたＧａＰとＺｎｐ２
のパウダー２０ｍｇを１００工の石英アップル中に真空
封入し、７５０℃で１６時間熱処理する。この様にする
と、ｎ形ＧａＰ基板のドナー濃度が３×１０１７ｃｍ−
３程度である場合、基板表面より約１０μｍの深さまで
Ｚｎが拡散しＰ形に変換する。しかしこの方体は石英ア
ップル中に真空封入することが必要で、もちろん高価な
石英アップルは再使用出来ないし、量産性を考えると石
英アップルの真空封止には多くの工程と時間を要する。
特に大きな基板を用いる場合、必要な石英アップルの径
も大きなものが必要であわ量産性に欠ける。しかも拡散
法は基板表面の状態により影響を受けやすく、拡散源の
純度にも大きな影響を受け、均一な拡散濃度と深さを得
ることが容易でなかつた。その理由を簡単に説明する。
Ｚｎｐ２を用い、ｎ形ＧａＰ基板の表面から約１０ｔｔ
ｍの深さまでＰ形に変える方法について述べる。この方
法は良く研磨、化学エッチングされたＧａＰとＺｎｐ２
のパウダー２０ｍｇを１００工の石英アップル中に真空
封入し、７５０℃で１６時間熱処理する。この様にする
と、ｎ形ＧａＰ基板のドナー濃度が３×１０１７ｃｍ−
３程度である場合、基板表面より約１０μｍの深さまで
Ｚｎが拡散しＰ形に変換する。しかしこの方体は石英ア
ップル中に真空封入することが必要で、もちろん高価な
石英アップルは再使用出来ないし、量産性を考えると石
英アップルの真空封止には多くの工程と時間を要する。
特に大きな基板を用いる場合、必要な石英アップルの径
も大きなものが必要であわ量産性に欠ける。しかも拡散
法は基板表面の状態により影響を受けやすく、拡散源の
純度にも大きな影響を受け、均一な拡散濃度と深さを得
ることが容易でなかつた。その理由を簡単に説明する。
アップル中のＺｎｐ２はある程度分解して、ＺｎはＧａ
Ｐ中への拡散源として、ＰはＧａＰの分解をおさえる圧
力源として働く。
Ｐ中への拡散源として、ＰはＧａＰの分解をおさえる圧
力源として働く。
拡散源であるＺｎはＧａＰの表面から拡散するが、拡散
に有効なエネルギーは熱エネルギーであるからせいぜい
ｌｅＶ程度以下である。そのためＧａＰ表面に不純物が
付着していたク酸化膜が出来ていたクすると、拡散のさ
またげとなク拡散深さが不均一となクやすい。もちろん
Ｚｎｐ２中に不純物があればＧａＰ中に入る可能性があ
る。本発明は上述した方法の欠点を解消するためになさ
れたもので、後述するごとく、イオンビームの形でＺｎ
等をＳｉＯ２等の保護膜上からＧａＰ等に照射し、その
後熱処理を行なつて拡散によりＺｎ等を所定の深さまで
導入する方法を提供することにある。
に有効なエネルギーは熱エネルギーであるからせいぜい
ｌｅＶ程度以下である。そのためＧａＰ表面に不純物が
付着していたク酸化膜が出来ていたクすると、拡散のさ
またげとなク拡散深さが不均一となクやすい。もちろん
Ｚｎｐ２中に不純物があればＧａＰ中に入る可能性があ
る。本発明は上述した方法の欠点を解消するためになさ
れたもので、後述するごとく、イオンビームの形でＺｎ
等をＳｉＯ２等の保護膜上からＧａＰ等に照射し、その
後熱処理を行なつて拡散によりＺｎ等を所定の深さまで
導入する方法を提供することにある。
以下に詳述する方法によれば、試料であるＧａＰ等を石
英アンプル中に真空封入することなく、Ｚｎｐ２等を用
いることなく、開管法ににてＺｎ等をＧａＰ等中に導入
でき、しかもＺｎイオンはＫｅＶ以上の大きなエネルギ
ーをもつているからＧａＰ等の表面の影響を受けにくく
、その上Ｚｎ等はイオンの状態で質量分析法等の方法に
よつて選択分離されているから純度の点でも非常にすぐ
れている。上記の目的を達成するために、本発明では第
１図Ａ，ｂに示すごとく研磨および化学エツチングされ
たＧａＰ等の基板１２にＣＶＤ法（Ｃｈａｍｉｃａｌｖ
ａｐＯｒｄｅｐＯｓｉｔｉＯｎ）等によつてＳｉＯ２Ｐ
ＳＧ（ＰｈＯｓｐｈＯｒＯｕｓｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａ
ｓｓ）、Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ３Ｎ４等の酸化膜や窒化膜ま
たはフオトレジストなどの保護膜１１を１００〜１００
００λ程度つけ、その上から電場等で加速されたＺｎ等
のイオン１３を照射する。
英アンプル中に真空封入することなく、Ｚｎｐ２等を用
いることなく、開管法ににてＺｎ等をＧａＰ等中に導入
でき、しかもＺｎイオンはＫｅＶ以上の大きなエネルギ
ーをもつているからＧａＰ等の表面の影響を受けにくく
、その上Ｚｎ等はイオンの状態で質量分析法等の方法に
よつて選択分離されているから純度の点でも非常にすぐ
れている。上記の目的を達成するために、本発明では第
１図Ａ，ｂに示すごとく研磨および化学エツチングされ
たＧａＰ等の基板１２にＣＶＤ法（Ｃｈａｍｉｃａｌｖ
ａｐＯｒｄｅｐＯｓｉｔｉＯｎ）等によつてＳｉＯ２Ｐ
ＳＧ（ＰｈＯｓｐｈＯｒＯｕｓｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａ
ｓｓ）、Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ３Ｎ４等の酸化膜や窒化膜ま
たはフオトレジストなどの保護膜１１を１００〜１００
００λ程度つけ、その上から電場等で加速されたＺｎ等
のイオン１３を照射する。
Ｚｎ等は１４の部分に導入される。Ｚｎ等のイオンの照
射量は所望のＺｎ等の導人深さとその濃度によつて異な
る。また照射エネルギーは所望のＺｎ等の量と、照射さ
れたＺｎ等が拡散のための熱処理時に表面から外部に蒸
発離散しない深さを得るという２点から決まる。前者に
ついては少なくとも照射によつて導入されたＺｎ等の濃
度が照射された保護膜の原子密度より大きくならないよ
う照射エネルギーを上げて適当な深さまでＺｎ等を分布
させることが必要で、実用的にはＺｎ等の密度を保護膜
の原子密度の１０＄またはそれ以下にすることが望まし
い。また後者の条件を満足するには実用的に深さは１０
０λ以上あることが望ましく、１０ＫＶ以上のエネルギ
ーが必要である。このエネルギーが低すぎると外部にＺ
ｎ等が離散し、ＧａＰ等中への拡散効率が低下すること
になる。イオン照射後７００℃以上の適当な高温で熱処
理、またはイオン照射後さらに保護膜をつけて熱処理す
ると、第１図のｃに示すごとくＺｎ等は１５の部分に拡
散によつて導入される。この様にＧａＰ等の表面は保護
膜で覆われており、Ｚｎ等は熱処理時に外部に離散しな
いから、石英アンプルに封入する必要は無く、不活性ガ
ス等を流せば十分で、また不純物の混入も少なく、安定
したＺｎ等の導入が行なえる。そのため高価な石英アン
プルが不用で、真空封人等の工程が省略出来るから、工
業上の有用性は大きい。本発明においては、イオン照射
後、基板を保護膜で覆つた状態で７００℃以上の温度で
熱処理することが特に重要である。
射量は所望のＺｎ等の導人深さとその濃度によつて異な
る。また照射エネルギーは所望のＺｎ等の量と、照射さ
れたＺｎ等が拡散のための熱処理時に表面から外部に蒸
発離散しない深さを得るという２点から決まる。前者に
ついては少なくとも照射によつて導入されたＺｎ等の濃
度が照射された保護膜の原子密度より大きくならないよ
う照射エネルギーを上げて適当な深さまでＺｎ等を分布
させることが必要で、実用的にはＺｎ等の密度を保護膜
の原子密度の１０＄またはそれ以下にすることが望まし
い。また後者の条件を満足するには実用的に深さは１０
０λ以上あることが望ましく、１０ＫＶ以上のエネルギ
ーが必要である。このエネルギーが低すぎると外部にＺ
ｎ等が離散し、ＧａＰ等中への拡散効率が低下すること
になる。イオン照射後７００℃以上の適当な高温で熱処
理、またはイオン照射後さらに保護膜をつけて熱処理す
ると、第１図のｃに示すごとくＺｎ等は１５の部分に拡
散によつて導入される。この様にＧａＰ等の表面は保護
膜で覆われており、Ｚｎ等は熱処理時に外部に離散しな
いから、石英アンプルに封入する必要は無く、不活性ガ
ス等を流せば十分で、また不純物の混入も少なく、安定
したＺｎ等の導入が行なえる。そのため高価な石英アン
プルが不用で、真空封人等の工程が省略出来るから、工
業上の有用性は大きい。本発明においては、イオン照射
後、基板を保護膜で覆つた状態で７００℃以上の温度で
熱処理することが特に重要である。
熱処理温度が７００℃より低いと、Ｚｎ等の不純物原子
を基板中に拡散することはほとんど不可能である。熱処
理温度を７００℃よシ低くして熱処理した場合、Ｚｎ等
の不純物原子を基板中に所望の深さまで拡散させようと
すると、厖大な時間を要することは否めない。例えば、
ＧａＰ基板上に設けられた保護膜中にＺｎをイオンは打
込みした後、９００℃、１６時間の熱処理によつて、Ｚ
ｎがＧａＰ基板中に拡散し、基板表面から８μｍの深さ
までＰ型層に変換するのに対して、７００℃よジ低い温
度までの１６時間の熱処理では、ＺｎはＧａＰ基板中に
拡散せず、基板中にＰ型層を得ることができなかつた。
本発明の特徴および効果は下記の実施例から一層明らか
となるであろう。実施例 １ ＧａＰを用いた緑色発光ダイオードを製作する場合につ
いて詳しく述べる。
を基板中に拡散することはほとんど不可能である。熱処
理温度を７００℃よシ低くして熱処理した場合、Ｚｎ等
の不純物原子を基板中に所望の深さまで拡散させようと
すると、厖大な時間を要することは否めない。例えば、
ＧａＰ基板上に設けられた保護膜中にＺｎをイオンは打
込みした後、９００℃、１６時間の熱処理によつて、Ｚ
ｎがＧａＰ基板中に拡散し、基板表面から８μｍの深さ
までＰ型層に変換するのに対して、７００℃よジ低い温
度までの１６時間の熱処理では、ＺｎはＧａＰ基板中に
拡散せず、基板中にＰ型層を得ることができなかつた。
本発明の特徴および効果は下記の実施例から一層明らか
となるであろう。実施例 １ ＧａＰを用いた緑色発光ダイオードを製作する場合につ
いて詳しく述べる。
まず第２図ａに示すごとく、３０／Ｔｍ程度のｎ形エピ
キシヤル成長層をもつ基板２２に、約１０００ＡのＰＳ
Ｇ（ＰｈＯｓｈＯｒＯｕｓｓｉｌｌｃａｔｅｇｌａｓｓ
） ２１をＣＶＤ法によつて付ける。
キシヤル成長層をもつ基板２２に、約１０００ＡのＰＳ
Ｇ（ＰｈＯｓｈＯｒＯｕｓｓｉｌｌｃａｔｅｇｌａｓｓ
） ２１をＣＶＤ法によつて付ける。
エピタキシヤル層にはｎ形にするためのイオウＳが３×
１０１７ｃｒｒ１−３程度ドープされており、同時に緑
色発光中心となる窒素Ｎが５×１０１８ｃｍ−３入つて
いる。次に第２図ｂの様にＺｎイオン２３を１５０ＫＶ
で１×１０１６ｃｍ−２照射すると、ＰＳＧ中の深さ７
００Ａ程度の領域２４にＺｎが導入される。次に、フオ
トレジスト２５により．Ｚｎ導入が必要な部分、即ちｐ
−ｎ接合形成を行う部分のみ残してＰＳＧをエツチング
によつて取りさる（第２図ｃ）。続いてフオトレジスト
を取ジ、全面にＰＳＧ２６を約２０００λつけＡｒガス
を流しながら９００℃で１６時間熱処理すると、Ｚｎが
ＧａＰ中に導入され、ＧａＰの表面から８μｍがＰ形層
２７に変換する。次に電極を付けるに必要な部分のみＰ
ＳＧに穴をあけ電極をつけてダイオードとすれば良い。
発光効率は従来の方法によるものと比較して、Ｐ−ｎ接
合近傍のＺｎ濃度が均一で、そのため不純物として含ま
れているＯドナーとＺｎアクセプター間のペア（Ｐａｉ
ｒ）発光が少なく、この発光が赤色であることを考えれ
ば、緑色発光の効率が実効的に高くなるわけで、本方法
がすぐれていることがわかる。もちろん石英アンプルは
不要であり真空封止の工程も省略出来る。実施例 ２ ＧａＰ表面近傍に格子状のＺｎ導人領域を作る方法を第
３図に示す。
１０１７ｃｒｒ１−３程度ドープされており、同時に緑
色発光中心となる窒素Ｎが５×１０１８ｃｍ−３入つて
いる。次に第２図ｂの様にＺｎイオン２３を１５０ＫＶ
で１×１０１６ｃｍ−２照射すると、ＰＳＧ中の深さ７
００Ａ程度の領域２４にＺｎが導入される。次に、フオ
トレジスト２５により．Ｚｎ導入が必要な部分、即ちｐ
−ｎ接合形成を行う部分のみ残してＰＳＧをエツチング
によつて取りさる（第２図ｃ）。続いてフオトレジスト
を取ジ、全面にＰＳＧ２６を約２０００λつけＡｒガス
を流しながら９００℃で１６時間熱処理すると、Ｚｎが
ＧａＰ中に導入され、ＧａＰの表面から８μｍがＰ形層
２７に変換する。次に電極を付けるに必要な部分のみＰ
ＳＧに穴をあけ電極をつけてダイオードとすれば良い。
発光効率は従来の方法によるものと比較して、Ｐ−ｎ接
合近傍のＺｎ濃度が均一で、そのため不純物として含ま
れているＯドナーとＺｎアクセプター間のペア（Ｐａｉ
ｒ）発光が少なく、この発光が赤色であることを考えれ
ば、緑色発光の効率が実効的に高くなるわけで、本方法
がすぐれていることがわかる。もちろん石英アンプルは
不要であり真空封止の工程も省略出来る。実施例 ２ ＧａＰ表面近傍に格子状のＺｎ導人領域を作る方法を第
３図に示す。
工程は実施例１と同じで、３１がＧａＰ基板、３２はＰ
ＳＧ膜で厚みは５００λである。
ＳＧ膜で厚みは５００λである。
Ｚｎイオンを１ｘ１０１４ｃ−ｍ−２、２０Ｋで照射す
る。その後第３図に示す様にフオトレジスト法により１
８００人間隔で８００λ巾の格子状にエツチングする。
格子状のパターンは紫外線レーザーの干渉を用いて行え
ばよい。この方法の特長は、第３図の３２のＰＳＧ膜が
５００Ａと薄いためフオトレジストによるパターンの切
れが良く、微細加工が容易に行なえる点で実用的に有効
である。
る。その後第３図に示す様にフオトレジスト法により１
８００人間隔で８００λ巾の格子状にエツチングする。
格子状のパターンは紫外線レーザーの干渉を用いて行え
ばよい。この方法の特長は、第３図の３２のＰＳＧ膜が
５００Ａと薄いためフオトレジストによるパターンの切
れが良く、微細加工が容易に行なえる点で実用的に有効
である。
しかもＺｎはＰＳＧ中の１５０λ程度の深さに導入され
ているから、例えエツチングが不完全で、ＰＳＧが完全
に取れていなくともＺｎを含む領域が無くなつていれば
パターンは完全に切れたことと等価であるから安定した
製作方法であることがわかる。以上の実施例においては
、ＧａＰ基板にＺｎイオンを導入する方法を主に述べて
いるが、本発明の適用がこれにのみ限定されるものでは
ない。
ているから、例えエツチングが不完全で、ＰＳＧが完全
に取れていなくともＺｎを含む領域が無くなつていれば
パターンは完全に切れたことと等価であるから安定した
製作方法であることがわかる。以上の実施例においては
、ＧａＰ基板にＺｎイオンを導入する方法を主に述べて
いるが、本発明の適用がこれにのみ限定されるものでは
ない。
すなわち、本発明には、ＧａＰのみに限らず、ＧａＡｓ
，ＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓ等の一族化合物半導体も使
用し得る。又、導入不純物もＺｎに限らず、Ｃｄ等のア
クセプター不純物、Ｓ，Ｓｅ等のドナー不純物も使用し
得る。もつとも、Ｚｎに比較して他の不純物原子はその
拡散係数が小さいため、本発明の適用にはＺｎが最も適
している。
，ＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓ等の一族化合物半導体も使
用し得る。又、導入不純物もＺｎに限らず、Ｃｄ等のア
クセプター不純物、Ｓ，Ｓｅ等のドナー不純物も使用し
得る。もつとも、Ｚｎに比較して他の不純物原子はその
拡散係数が小さいため、本発明の適用にはＺｎが最も適
している。
第第１図は本発明の特長を説明するための主要工程にお
ける試料の断面を示す図、第２図はＧａＰ緑色発光ダイ
オードを製作する場合の主要工程を示す図、第３図はＧ
ａＰの表面近傍に格子状の微細周期構造をもつたｐ−ｎ
接合を製作する方法を示す図である。 １１，２１，２６，３２・・・・・・保護膜、１２，２
２，３１・・・・・・ＧａＰ基板、１３，２３・・・・
・・Ｚｎイオン、２５・・・・・・フオトレジスト、２
７・・・・・・Ｐ型層。
ける試料の断面を示す図、第２図はＧａＰ緑色発光ダイ
オードを製作する場合の主要工程を示す図、第３図はＧ
ａＰの表面近傍に格子状の微細周期構造をもつたｐ−ｎ
接合を製作する方法を示す図である。 １１，２１，２６，３２・・・・・・保護膜、１２，２
２，３１・・・・・・ＧａＰ基板、１３，２３・・・・
・・Ｚｎイオン、２５・・・・・・フオトレジスト、２
７・・・・・・Ｐ型層。
Claims (1)
- １ III−Ｖ族化合物半導体の単結晶または多結晶基板
上に第１の保護膜を設け、不純物原子を該第１の保護膜
の表面部にイオン打込み法によつて導入し、このイオン
打込み後該第１の保護膜を所定の形状に加工し、さらに
第２の保護膜を前記基板上に設け、しかる後開管法にて
７００℃以上の温度で熱処理し前記基板中に前記不純物
原子を導入する工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49004982A JPS5925396B2 (ja) | 1974-01-07 | 1974-01-07 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49004982A JPS5925396B2 (ja) | 1974-01-07 | 1974-01-07 | 半導体装置の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59027048A Division JPS59161019A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS50102260A JPS50102260A (ja) | 1975-08-13 |
| JPS5925396B2 true JPS5925396B2 (ja) | 1984-06-16 |
Family
ID=11598793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49004982A Expired JPS5925396B2 (ja) | 1974-01-07 | 1974-01-07 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5925396B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5721824A (en) * | 1980-07-14 | 1982-02-04 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1974
- 1974-01-07 JP JP49004982A patent/JPS5925396B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS50102260A (ja) | 1975-08-13 |
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