JPS6043655B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ノ 本発明は■−Ｖ族間化合物の半導体材料よりなり、
かつ、ｎ形基板および前記基板と異なる伝導特性を有す
る基板隣接領域とにより形成した基体を含む半導体装置
の製造にあたり、、少なくとも前記基板隣接領域の表面
の一部にわたつて該領域内に亜鉛またはカドミウムを導
入し、該基板に拡散させるようにした半導体装置の製造
方法に関するものである。

ここでいう■−Ｖ族間化合物半導体材料とは、元素周期
表の■Ｂ群に属する１つまたはそれ以上の元素と元素周
期表のＶＢ群に属する１つまたはそれ以上の元素との化
合物よりなる材料を意味するものとする。

また、この場合、前記領域は基板と異なる化学構成を有
し、かつ複数個の層により形成するを可とし、基板それ
自体はその上にエピタキシャル層を成長させた基板母体
により形成するを可とする。

前記領域と基板間の伝導特性の相異は、電気伝導度の相
異もしくは導電型の相違を意味する。

またカドミニウムまたは亜鉛の導入は、例えば隣接相か
らのデポジションおよび拡散、またはイオン注入により
これを行う。この種の製造方法は、例えば、英国特許明
細書第１５０３６７８号により公知である。

前記明細書によれば、前記領域は基板のそれよりも大き
い禁止帯幅を有するヘテロエピタキシャル層により形成
し、基板と同じ導電形式をもたせ−ている。

また、この場合には、基板内への亜鉛の拡散により基板
内にｐ−ｎ接合を配置し、基板の再ドープ部分において
できるだけ多く電荷キャリヤの再結合を生ずるようにし
た発光ダイオードを提案している。■−Ｖ族系材料内に
ｐ−ｎ接合を有する半導体装置の製造に際しては、例え
ば、ｐ−ｎ接合が急峻であること、ｐ−ｎ接合の部分は
正確に位置決めでき、例えばｐ−ｎレーザの場合はヘテ
ロ接合と一致させなければならないこと、ｐ−ｎ接合は
５局部的であることなどいくつかの要求を同時に満足さ
せる必要があることが多い。

ところが、実際には、これらの諸要求を同時に満足させ
ることはきわめて困難である。

例えば、急峻で、かつ正確に位置決めされたＰ４一ｎ接
合は、ドナー混入からアクセプタ混入までのエピタキシ
ャル成長の間における急速なスイッチングによりこれを
得ることが可能であるが、側面に境界をもつた不純物の
混入はエピタキシャル法では不可能である。

また、拡散によるアクセプタの導入は局部的ドーピング
をもたらすが、一般に急峻かつ正確に位置決めされたｐ
−ｎ接合を得ることはできない。

本発明の目的の１つは、上記の欠点を少なくとも相当程
度回避した製造方法を提供しようとするものである。本
発明■−■族系材料の亜鉛およびカドミウムの拡散の標
準特性を使用した場合、上記目的のために拡散を利用し
うるという認識にもフとづきなされたものである。本発
明製造方法によイときは、基板隣接領域と基板の接合部
の近傍における基板内の正味のドナー濃度を高い値に選
定し、前記領域と基板間の接合部の近傍における基板内
の亜鉛またはカドミウ・ムの拡散を遅らせるようにした
ことを特徴とする。

■−■族系基体内に与えられる亜鉛またはカドミウムの
ほとんどすべては置換形ラチス位置における不動性アク
セプタＭ１（Ｍ＝亜鉛またはカドミウム）として存在し
、一方拡散は少数あるいは侵入形の亜鉛ドナーまたはカ
ドミウムドナーＭｉ＋によつてのみほぼ行われる。

前記侵入形ドナーと置換形アクセプタ間には次の反応式
により局部的平衡が急速に順応する。

Ｍｉ＋＋ｅ＋ＶＩＩ材Ｍ；＋ｈここで、ｅは電子、ｈは
正孔、またＶ■は■Ｂ族元素の空乏層である。

また、侵入形位置を介してｎ形基板に拡散する亜鉛また
はカドミウムは高い電子濃度でそこに立向かい、置換形
位置において不動化（インモビライズ）される。

拡散が行われる面において、亜鉛またはカドミウムの濃
度が基板隣接領域と基板間の接合部の近傍における基板
内の正味のドナー濃度の１０１８以下、特に３倍以下の
値の場合は接合部の急峻度は特に顕著となる。

また、拡散が行われる面における亜鉛またはカドミウム
の濃度を基板隣接領域と基板間の接合部の近傍における
基板内の正味のドナー濃度より小とした場合、接合部、
すなわち基板隣接領域と基板間の接合部はきわめて急速
に位置決めされる。

上述した所から明らかなように、基板隣接領域の伝導特
性は前記領域を介しての拡散が判然となるようなもので
なければならない。このことは、領域がもともとｐ導電
形の場合は、領域固有の正味の亜鉛またはカドミウム濃
度が基板の正味のドナー濃度より小さい値でなければな
らないことを意味する。また、前記領域は固有のもので
もよいこと明らかである。領域がｎ導電形の場合は、拡
散亜鉛またはカドミウムの濃度は領域内の正味のドナー
濃度に比しきわめて大きい値でなければならない。これ
は以下のように説明できる。

すなわち、おおまかにいえば、拡散が行われる面までの
距離の函数として表わした亜鉛またはカドミウムの領域
内の濃度変化は負の曲線、換言すれば距離軸に関して凹
状を呈し、したがつて拡散前面における濃度変化は拡散
が行われる面における濃度変化より急峻となる。また、
ｎ導電形領域における亜鉛またはカドミウムの拡散は、
亜鉛またはカドミウムの濃度が領域内の正味のドナー濃
度よりきわめて大で、例えばその１０ｆ８の値を呈する
場合は、置換形不動性（インモビライゼーシヨン）によ
つて著しく禁止されることはない。その部分から拡散が
行われる面における亜鉛またはカドミウムの濃度は、基
板隣接領域内の正味のドナー濃度の１＠以上の値とする
を可とし、また前記領域内の正味のドナー濃度は、前記
領域と基板間の接合部の近傍における基板内の正味のド
ナー濃度の１扮の１以下の値とするを可とする。

また、前記領域は基板上の層のエピタキシャル成長によ
り形成することが望ましい。それは、領域と基板との間
のドーピングの差により、急峻かつ正確に位置決めされ
た接合部が得られる故である。前記領域を得るためｎ形
層に亜鉛またはカドミウムを拡散する場合は、領域とエ
ピタキシャル層の残りの部分との間には自動的に絶縁ｐ
−ｎ接合が得られ、また領域と基板間にはｐ−ｎ接合が
得られる。

したがつて、亜鉛またはカドミウムの拡散後、第２の亜
鉛またはカドミウムの稀薄な拡散を行い、領域内に低抵
抗接触ゾーンを得るようにすることが望ましい。

以下図面により本発明の詳細な説明する。

添付図面は、本発明方法により製造中の半導体装置の一
部を示す断面図である。

図に示す実施例は、■−Ｖ族間化合物の半導体材料より
成り、かつ、ｎ形基板１，２，３，４および前記基板と
異なる伝導特性を有する基板隣接領域５，６とにより形
成した基体１，２，３，４，５，６を含むレーザ装置の
製造に関するものである。

前記装置の製造中には、少なくとも領域５，６の面１４
の部分１３にわたつて、前記領域内に亜鉛Ｚｎまたはカ
ドミウムＣｄを添加し、基板１，２，３，４に拡散させ
るようにする。

本発明によるときは、領域と基板間の接合部１０の近傍
における基板１，２，３，４内の正味のドナー濃度を充
分高い値に選定し、領域５，６と基板１，２，３，４間
の接合部１０の近傍における基板内への亜鉛またはカド
ミウムの拡散を遅らせるようにしている。

この場合、そこから拡散が行われる面１４における亜鉛
またはカドミウムの濃度は、正味のドナー濃度の１０倍
以下、例えば３倍より小さい値とし、もしくは、領域と
基板間の接合部の近傍における基板内の正味のドナー濃
度より小さな値とすることが望ましい。

また、拡散が行われる面１４の近傍の領域５，６がｎ形
の場合は、亜鉛またはカドミウムの濃度を領域内の正味
のドナー濃度の１酷以上とすることが望ましい。

基板１，２，３，４は、例えば、２×１０１８原子／Ｃ
！ｌのシリコンでドーピングすることによりｎ導電形と
した砒化ガリウム基体１を母体として、これを得ること
ができる。

基体１上には、例えば、気相エピタキシによる通常の方
法で、１０１８原子／Ｃｌｌのセレニウムでドーピング
した膜厚０．５μｍの砒化ガリウム層２−５×１０１７
原子／Ｃｌｌのセレニウムでドーピングした膜厚１μｍ
（７）ｎ形砒化アルミニウムガリウム（ＡｅＯ．３Ｇａ
Ｏ．７ＡＳ）層３、および１０１８原子／Ｃｌｌのセレ
ニウムでドーピングした膜厚０．１６μｍ（７）ｎ形砒
化ガリウム層４を成長させる。

次いで基板１，２，３，４に層４上に、不目的にドーピ
ングした高抵抗の弱いｐ形層よりなる領・域５，６を形
成させる。

この目的のため、気相エピタキシにより、膜厚１μｍの
砒化アルミニウムガリウム（Ａｅぃ。ＧａＯ．７Ａ，）
層５および膜厚０．５μｍの砒化ガリウム層６を連続的
に形成させる。層４はレーザ装置の活性層を形成し、層
３および５とともにそれぞれヘテロ接合９および１０を
構成する。次いで、面１４に窒化シリコン層７および亜
鉛用拡散マスクを設け、層７に窓部８を設けて面１４の
部分１３を露出させる。

次に、面の部分１３を介し通常の方法で層６内に亜鉛を
添加し、層６の表面における亜鉛の濃度が５刈０１７原
子／Ｃｌｌとなるようにする。かくして、基板への亜鉛
の拡散により接合部１２で領域５，６の隣接部分と境界
をもち、ｐ−ｎ接合１１で基板１，２，３，４と境界を
有するようなｐ形領域１５を形成せしめる。かくすれば
、ｐ−ｎ接合１１はヘテロ接合１０の一部と合致する。
上述の亜鉛の拡散を行つた後、さらに第２の浅薄な亜鉛
拡散を行い、領域５，６内に低抵抗接触ゾーン１６を設
ける。

前記ゾーン１６の面１４における亜鉛の濃度は、例えば
１σ０原子／ａｌとする。母体材料は、その中に多数の
ｐ形領域１５を形成することにより層４内の活性層を決
定するようにした基体によることを可とし、このような
アセンブリを通常の方法で処理して、レーザ装置を形成
させる。

本発明方法を用いて製造したレーザ装置はその側面境界
の正確さと再現性およびその活性領域の−厚みの正確さ
と再現性において顕著な特色を有する。

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、本発明
は他の変形をも包含するものである。

すなわち、レーザ装置のほかに、例えば、急峻なｐ−ｎ
ホモ接合を有し、片側に偏した注入を改良した発光ダイ
オード、あるいは電子吸収効果が機能するようなヘテロ
構造を有する装置を製造することも可能である。その部
分を介して拡散が行われる領域は、本実施例の場合のよ
うにｐ形であることを要しない。

例えば、この領域の表面における亜鉛の濃度が４×１０
１８原子／ｄの場合、亜鉛は１０１７原子／ａｌの正味
のドナー濃度を有する燐化ガリウム領域を通して急速に
拡散するが、この表面濃度では、１０１９原子／Ｃｌｌ
の正味ドナー濃度を有する燐化ガリウム基板内には左程
顕著には拡散しない。また、亜鉛は表面の部分１３を介
して通常の方法で注入することも可能である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明方法により製造中の半導体装置の一部
を示す断面図である。 １，２，３，４・・・・・・ｎ形基板、５，６・・・・
・・基板隣接領域、７・・・・・・窒化シリコン層、８
・・・・・・窓部、９，１０・・・・・・ヘテロ接合、
１１・・・・・・ｐ−ｎ接合、１２・・・・・・接合、
１３・・・・・部分、１４・・・・・・面、１５・・ｐ
形領域、１６・・・・・・低抵抗接触ゾーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ III−Ｖ族間化合物の半導体材料よりなり、かつ、
   ｎ形基板および該基板と異なる伝導特性を有する基板隣
   接領域とにより形成した基板を含む半導体装置の製造に
   あたり、少なくとも該基板隣接領域の表面の一部にわた
   つて該領域内に亜鉛またはカドミウムを導入し、該基板
   に拡散させるようにした半導体装置の製造方法において
   、該領域と該基板の接合部の近傍における基板内の正味
   のドナー濃度を高い値に選定し、該領域と該基板間の接
   合部の近傍における該基板内の亜鉛またはカドミウムの
   垣散を遅らせるようにしたことを特徴とする半導体装置
   の製造方法。 ２ 拡散が行われる面における亜鉛またはカドミウムの
   濃度を該領域と該基板間の接合部の近傍における基板内
   の正味のドナー濃度の１０倍以下となるようにした特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 拡散が行われる面における亜鉛またはカドミウムの
   濃度を該領域と該基板間の接合部の近傍における基板内
   の正味のドナー濃度の３倍以下となるようにした特許請
   求の範囲第２項記載の方法。 ４ 拡散が行われる面における亜鉛またはカドミウムの
   濃度を該領域と該基板間の接合部の近傍における基板内
   の正味のドナー濃度より小となるようにした特許請求の
   範囲第３項記載の方法。 ５ 拡散が行われる面における亜鉛またはカドミウムの
   濃度を該領域内の正味のドナー濃度の１０倍より大きい
   値とし、該領域内の正味のドナー濃度を該領域と該基板
   間の接合部の近傍における基板内の正味のドナー濃度の
   １０分の１より小さい値としたことを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の方法。 ６ 基板上の層のエピタキシャル成長より該領域を得る
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第５項のいずれかに記載の方法。 ７ 該亜鉛またはカドミウムの拡散の後、亜鉛またはカ
   ドミウムの第２の浅薄な拡散を行い、該領域内に低抵抗
   接触ゾーンを得るようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の方法。