JPS63278324A - Ion implantation forming method for p-type conductive region - Google Patents

Ion implantation forming method for p-type conductive region

Info

Publication number
JPS63278324A
JPS63278324A JP11239787A JP11239787A JPS63278324A JP S63278324 A JPS63278324 A JP S63278324A JP 11239787 A JP11239787 A JP 11239787A JP 11239787 A JP11239787 A JP 11239787A JP S63278324 A JPS63278324 A JP S63278324A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
implantation
group
ion implantation
type
conductive region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11239787A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sadao Adachi
定雄 安達
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP11239787A priority Critical patent/JPS63278324A/en
Publication of JPS63278324A publication Critical patent/JPS63278324A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To enable forming the high quality p-type conductive region with little radiation damage and to make a small-sized low acceleration voltage device serve as an ion implantation device required for this formation, by performing implantation of group VII halogen ion species at least either before or after performing implantation of p-type impurity ion species. CONSTITUTION:When implantation of group VII halogen ion species is performed into a p-type impurity ion implanted into a substrate, group V elements are substituted for these group VII elements, so that the quantity of group V atoms is apparently increased and an increase in the quantity of group III atoms, due to the implantation of the p-type impurities, is cancelled to keep a stoichiometric composition ratio 1:1. Since ion implantation in the use of the halogen ion species small in atomic weight is small in its radiation damage compared with that in the use of the group V elements very large in atomic weight, the forming of a high quality p-type conductive region 20 with a high activity factor is enabled. Accordingly p-type impurity redistribution, due to heat treatment after the ion implantation of the p-type impurities, can be suppressed and also the high quality p-type conductive region can be formed high in its electrical activity factor of the p-type impurities.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、■−■族化合物半導体材料を用いた電子デバ
イスまたは光デバイスを製造する場合に有利なイオン注
入によるp型導電領域の形成方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a method for forming a p-type conductive region by ion implantation, which is advantageous when manufacturing electronic devices or optical devices using ■-■ group compound semiconductor materials. Regarding.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

不純物の導入による半導体基板(ウェハ)表面へのp型
導電領域の形成方法の代表的なものとして、不純物拡散
法とイオン注入法がある。一般に。
Typical methods for forming a p-type conductive region on the surface of a semiconductor substrate (wafer) by introducing impurities include an impurity diffusion method and an ion implantation method. in general.

後者のイオン注入による方法が前者の不純物拡散法に比
べ、不純物分布の制御性が良いことからp型導電領域の
形成方法として適しているものと考えられている。
The latter method using ion implantation is considered to be suitable as a method for forming a p-type conductive region because it provides better controllability of impurity distribution than the former impurity diffusion method.

しかし、不純物分布の制御性が良いと言われているイオ
ン注入法でも、注入不純物を電気的に活性化させるため
の熱処理により不純物分布の再分布が起こってしまい、
結局、不純物分布の制御性が無くなってしまうことにな
る。この例を図面を用いて説明する。
However, even with ion implantation, which is said to have good controllability of impurity distribution, redistribution of impurity distribution occurs due to heat treatment to electrically activate implanted impurities.
As a result, controllability of impurity distribution is lost. This example will be explained using drawings.

第8図に、GaAs単結晶(半絶縁性G a A s基
板)にp型不純物種であるBeイオンを50k Vのエ
ネルギーでイオン注入した場合のBe不純物の深さ方向
分布を示す。図中の破線は、注入しただけで熱処理を行
わない注入直後のBeの分布を示し、実線はBeの注入
後、Beを電気的に活性化させるために850℃の熱処
理を行った後のBeの分布を示す。
FIG. 8 shows the depth distribution of Be impurities when Be ions, which are p-type impurity species, are implanted into a GaAs single crystal (semi-insulating GaAs substrate) at an energy of 50 kV. The broken line in the figure shows the distribution of Be immediately after implantation without any heat treatment, and the solid line shows the distribution of Be after implantation and heat treatment at 850°C to electrically activate Be. shows the distribution of

この図における破線と実線のずれから、注入直後と注入
後の熱処理の後とでBeの分布が明らかに異なっている
ことがわかる。
From the deviation between the broken line and the solid line in this figure, it can be seen that the distribution of Be is clearly different immediately after the implantation and after the heat treatment after the implantation.

また、第9図に、MIl、3Ga6,7As単結晶に第
8図の場合と同じ<Beイオンを50k Vのエネルギ
ーでイオン注入した時のBe不純物の深さ方向分布を示
す。この図も、熱処理を行わない注入直後の分布を示す
破線と、注入後の850℃の熱処理を行った後の分布を
示す実線とは明らかに異なっており、熱処理によるBe
の再分布が認識できる。
Furthermore, FIG. 9 shows the depth distribution of Be impurities when the same <Be ions as in FIG. 8 were implanted into the MIl, 3Ga6,7As single crystal at an energy of 50 kV. In this figure as well, the broken line showing the distribution immediately after implantation without heat treatment and the solid line showing the distribution after heat treatment at 850°C after implantation are clearly different.
The redistribution of can be recognized.

このようなp型不純物の熱処理による再分布は、上記G
aAs、AQo、、Ga、、、Asの例に限らず、In
P、I n、、GaxAs、GaPなど全てのm−v族
化合物半導体で起こる。p型不純物の深さ方向に関する
再分布は、イオン注入を用いて電子デバイスまたは光デ
バイスを製造する場合の大きな障害となっている。例え
ば、電子デバイスについては。
Such redistribution of p-type impurities due to heat treatment is caused by the above-mentioned G
Not limited to the examples of aAs, AQo, , Ga, , As, but also In
This occurs in all m-v group compound semiconductors such as P, In, GaxAs, and GaP. Depth redistribution of p-type impurities is a major obstacle when using ion implantation to fabricate electronic or optical devices. For example, when it comes to electronic devices.

電界効果トランジスタのしきい値電圧制御が不可能にな
ること、バイポーラトランジスタの電流利得の値が小さ
くなることなどが挙げられる。また、光デバイスについ
ては、半導体レーザの発振しきい値電流が大きくなるこ
とや横モードが広がることなどが挙げられる。もちろん
、深さ方向の再分布は、デバイス性能を低下させるだけ
ではなく、最悪の場合はデバイスが全く動作しなくなり
、歩留まりや信頼性にも影響を与えることになる。
For example, it becomes impossible to control the threshold voltage of a field effect transistor, and the current gain value of a bipolar transistor becomes small. Regarding optical devices, the oscillation threshold current of semiconductor lasers becomes larger and the transverse mode becomes wider. Of course, redistribution in the depth direction not only degrades device performance, but in the worst case, the device will not work at all, affecting yield and reliability.

従来のイオン注入法では、注入イオンの再分布は深さ方
向だけではなく横方向でも起こる。このことを模式的に
示したのが第10図である。この図において、23は半
導体基板、24はp型不純物イオン注入、25は注入マ
スク、26は理想的な不純物分布、27は実際の不純物
分布を示す。この図に示すように、注入マスク25の上
から24に示すようにp型不純物をイオン注入すると、
実際の不純物分布は27に示すように半導体基板23の
深さ方向だけではなく、注入マスク25の両サイド、す
なわち横方向へも広がってしまう。従って、従来のイオ
ン注入技術では、極微細トランジスタや狭ストライプ半
導体レーザの製造が困難であった。
In conventional ion implantation methods, redistribution of implanted ions occurs not only in the depth direction but also in the lateral direction. FIG. 10 schematically shows this. In this figure, 23 is a semiconductor substrate, 24 is a p-type impurity ion implantation, 25 is an implantation mask, 26 is an ideal impurity distribution, and 27 is an actual impurity distribution. As shown in this figure, when p-type impurity ions are implanted from above the implantation mask 25 as shown at 24,
As shown in 27, the actual impurity distribution spreads not only in the depth direction of the semiconductor substrate 23 but also in both sides of the implantation mask 25, that is, in the lateral direction. Therefore, it has been difficult to manufacture ultrafine transistors and narrow stripe semiconductor lasers using conventional ion implantation techniques.

ところで、半導体基板にイオン注入してp型導電領域を
形成する場合、注入したイオンの全てが電気的に活性化
することが望ましい。しかし、実際には注入イオンの活
性化率が100%に達することはほとんどなく、例えば
、従来技術によるAA6.3 Ga0. Asヘイオン
注入したBeまたはMg不純物の活性化率は、高々20
〜25%と非常に低いのが現状である。
By the way, when forming a p-type conductive region by implanting ions into a semiconductor substrate, it is desirable that all of the implanted ions be electrically activated. However, in reality, the activation rate of implanted ions rarely reaches 100%, and for example, in the case of AA6.3 Ga0. The activation rate of Be or Mg impurities implanted with As ions is at most 20
At present, it is extremely low at ~25%.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記のような不純物の再分布の問題や活性化率が低い問
題を解決するために、最近、■−■族化合物半導体の構
成元素と同一のV族元素であるPまたはAsイオンをp
型不純物と同時に注入する方法が試みられている。しか
し、この方法を用いたとしても、G a A sに注入
した例では、Mgイオン注入のみの活性化率が27%で
あるのに対し、MgとAsの2重イオン注入では40%
程度(ジャーナルオブアプライドフイジックス(J o
urnal ofA pplied P hysics
) 、第48巻、第21号、第1467頁(1986年
))であり、また、 AQ6,3 Ga、、、 Asに
注入した例では、MgとPの2重イオン注入の活性化率
がMgイオン注入のみの場合に比べて約2倍の50%程
度(エレクトロニクス レターズ(Electroni
cs Letters) 、第22巻、第6号。
In order to solve the problem of redistribution of impurities and low activation rate as mentioned above, recently, P or As ions, which are group V elements that are the same as the constituent elements of group ■-■ compound semiconductors, have been
Attempts have been made to simultaneously implant the type impurity. However, even if this method is used, in the case of implantation into GaAs, the activation rate with Mg ion implantation alone is 27%, whereas with double ion implantation of Mg and As, the activation rate is 40%.
degree (Journal of Applied Physics (J o
urnal ofA applied physics
), Vol. 48, No. 21, p. 1467 (1986)), and in an example implanted into AQ6,3 Ga... As, the activation rate of double ion implantation of Mg and P is Approximately 50%, approximately twice that of Mg ion implantation alone (Electronics Letters)
cs Letters), Volume 22, No. 6.

第315頁(1986年))に改善されるにすぎない。p. 315 (1986)).

また、不純物の深さ方向分布についても、熱処理による
再分布の問題が完全には解決されるに到っていない、第
11図は、このことを示している例であり、GaAsに
MgとAsの2重イオン注入を行い。
Furthermore, regarding the depth distribution of impurities, the problem of redistribution due to heat treatment has not yet been completely resolved. Figure 11 is an example showing this. Double ion implantation was performed.

950℃の熱処理の後、ホール測定により求めたMgア
クセプタによるホール濃度の深さ方向分布を示したもの
である。図中、破線は理論分布(ガウス分布の理論曲線
)を示し、実線は実測分布を示す。
This figure shows the depth distribution of hole concentration due to Mg acceptors determined by hole measurement after heat treatment at 950°C. In the figure, the broken line indicates the theoretical distribution (theoretical Gaussian distribution curve), and the solid line indicates the measured distribution.

この図から、不純物の活性化率が低いため、ホール濃度
の実測値が理論分布よりもかなり小さいこと、深さ方向
分布については、特に基板内部で理論分布とのずれが大
きくなっていることがわかる。
This figure shows that due to the low activation rate of impurities, the measured hole concentration is much smaller than the theoretical distribution, and that the depth distribution has a large deviation from the theoretical distribution, especially inside the substrate. Recognize.

本発明の目的は、p型不純物の再分布および活性化率が
低くなるという問題を解決した■−v族化合物半導体の
イオン注入によるP型導電領域の形成方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a method for forming a P-type conductive region by ion implantation of a -v group compound semiconductor, which solves the problem of redistribution of p-type impurities and low activation rate.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記目的を達成するために、■−V族化合物
半導体基板中へP型導電領域を形成するため、p型の不
純物イオン種を注入する際に、このイオン注入の前また
は後の少なくとも一方、あるいは同時に■族元素のハロ
ゲンイオン種をイオン注入することを最も主要な特徴と
する。すなわち、前述のように、従来の技術ではp型不
純物イオン種の単独のイオン注入か、またはp型不純物
イオン種とP、Asなどの■族元素イオン種との2重イ
オン注入であったのに対し、本発明では■族元素イオン
種の代りに■族のハロゲンイオン種を2重イオン注入の
イオン種として用いることが最大の特徴となっており□
、この点で本発明は従来の技術とは全く異なっている。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for implanting p-type impurity ion species before or after the ion implantation in order to form a p-type conductive region in a -V group compound semiconductor substrate. The most important feature is that at least one or simultaneously ion implantation of halogen ion species of group (I) elements is performed. That is, as mentioned above, in the conventional technology, single ion implantation of p-type impurity ion species or double ion implantation of p-type impurity ion species and group II element ion species such as P and As was performed. On the other hand, the main feature of the present invention is to use group ■ halogen ion species as the ion species for double ion implantation instead of group ■ element ion species.
In this respect, the present invention is completely different from the conventional technology.

〔作用〕[Effect]

■−■族化合物半導体基板中にイオン注入されたp型不
純物は、該半導体基板を構成する■族元素の格子位置と
置換して電気的に活性なアクセプタとなる。従って、上
記半導体基板中へP型不純物イオン種を注入することで
、見かけ上の■族元素が増えることになり、■族原子数
と■族原子数との化学量論的組成比が1対1になるとい
う条件が満足しなくなる。この化学量論的組成比の1対
1からのずれが、上記従来の問題点である熱処理による
不純物の再分布、あるいは活性化率の低下等の原因とな
っていると考えられる。
The p-type impurity ion-implanted into the ■-■ group compound semiconductor substrate becomes an electrically active acceptor by replacing the lattice positions of the ■-group elements constituting the semiconductor substrate. Therefore, by implanting P-type impurity ion species into the semiconductor substrate, the apparent number of group III elements increases, and the stoichiometric ratio of the number of group III atoms to the number of group III atoms becomes 1:1. The condition of becoming 1 is no longer satisfied. This deviation from the 1:1 stoichiometric composition ratio is thought to be the cause of the above-mentioned conventional problems such as redistribution of impurities due to heat treatment or a decrease in activation rate.

従って、本発明では、■族のハロゲンイオン種を注入す
ることで、この■族元素がV族元素と置換し、見かけ上
の■族原子数が増え、p型不純物の注入による■族原子
数の増加分が相殺され、化学量論的組成比の1対1が保
たれることになり、理論分布との一致がよくなり、上記
問題が消失するものと考えられる。
Therefore, in the present invention, by implanting a group Ⅰ halogen ion species, this group Ⅰ element replaces the group V element, increasing the apparent number of group Ⅰ atoms, and by implanting p-type impurities, the number of group Ⅰ atoms increases. It is considered that the increase in the amount of the stoichiometric composition is canceled out, and the stoichiometric composition ratio of 1:1 is maintained, which improves the agreement with the theoretical distribution and eliminates the above-mentioned problem.

また、■族元素の原子量は■族のハロゲンイオン種に比
べて非常に重いため、イオン注入時に基板に多量の放射
損傷を生成し、これが活性率の低下の原因となる。また
、重いイオンの注入は、高電圧の大規模な注入装置を必
要とする。すなわち、本発明による原子量の軽いハロゲ
ンイオン種を用いるイオン注入は、原子量が非常に重い
■族元素を用いるイオン注入に比べて、放射損傷が少な
いため、活性化率の高い高品質p型導電領域の形成を可
能とし、さらに、イオン注入装置も小型の低加速電圧装
置でよいという利点を有する。
In addition, since the atomic weight of the group II element is much heavier than that of the group II halogen ion species, a large amount of radiation damage is generated in the substrate during ion implantation, which causes a decrease in the activation rate. Also, implantation of heavy ions requires large-scale implantation equipment with high voltages. In other words, ion implantation using a halogen ion species with a light atomic weight according to the present invention causes less radiation damage than ion implantation using a group III element with a very heavy atomic weight, so it is possible to form a high-quality p-type conductive region with a high activation rate. Furthermore, it has the advantage that the ion implantation device can be a small, low acceleration voltage device.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

実施例 1 まず、第1図に、半絶縁性GaAs基板に対するBeイ
オンの単独注入の場合と、Beイオンと■族のハロゲン
イオンであるFイオンとの2重イオン注入を行った場合
とのホール濃度の深さ方向分布をホール測定で調べた結
果を理論分布と比較して示す。図中、破線は理論分布(
ガウス分布の理論曲線)、実線は実測分布を示し、実測
分布のうち、○はBe単独イオン注入、・はBe、Fの
2重イオン注入を示す。イオン注入条件は、Beイオン
は加速電圧50k V、注入量1×1014イオン/a
n”、Fイオンは加速電圧125kV、注入量lXl0
”イオン/口2である。BeおよびFイオンは、その濃
度ピークがGaAs基板の表面から約0.2−の深さに
形成されるように打込んだ。また、イオン注入後、Be
を活性化させるための熱処理を950°Cの温度で行っ
ている。一般にGaAs基板は、BeまたはMgなどの
p型不純物に対して再分布の少ない材料として知られて
いる。しかし、第1図からも明らかなように、Beイオ
ンの単独注入の場合では、熱処理によるBeの基板表面
側への拡散(アウト拡散)が起こるため、ホール濃度が
表面側で高くなっている。ところが、BeとFの2重イ
オン注入では、このアウト拡散が抑えられ、結果として
ホール濃度の分布が理論曲線と非常によく一致する。
Example 1 First, Figure 1 shows the hole diagrams for the case of single implantation of Be ions into a semi-insulating GaAs substrate and the case of double ion implantation of Be ions and F ions, which are group II halogen ions. The results of investigating the concentration distribution in the depth direction using Hall measurements are shown in comparison with the theoretical distribution. In the figure, the dashed line is the theoretical distribution (
Gaussian distribution (theoretical curve), the solid line shows the measured distribution, and of the measured distribution, ◯ indicates Be single ion implantation, and ◯ indicates double ion implantation of Be and F. The ion implantation conditions were: acceleration voltage of 50 kV for Be ions, and implantation amount of 1 x 1014 ions/a.
n'', F ion acceleration voltage 125kV, implantation amount lXl0
"Ion/port 2. Be and F ions were implanted so that their concentration peaks were formed at a depth of about 0.2" from the surface of the GaAs substrate.
Heat treatment is performed at a temperature of 950°C to activate. Generally, a GaAs substrate is known as a material that exhibits little redistribution of p-type impurities such as Be or Mg. However, as is clear from FIG. 1, in the case of single implantation of Be ions, the hole concentration becomes high on the surface side because Be diffuses toward the substrate surface side (out-diffusion) due to heat treatment. However, in double ion implantation of Be and F, this out-diffusion is suppressed, and as a result, the hole concentration distribution matches the theoretical curve very well.

GaAs中のBeは、■族元素であるGaの格子位置と
置換して電気的に活性なアクセプタとなる。
Be in GaAs substitutes for the lattice position of Ga, which is a group II element, and becomes an electrically active acceptor.

従って、GaAsへBeイオンを注入することで、見か
け上の■族元素が増えることになり、■族原子数と■族
原子数との化学量論的組成比が1対1になるという条件
が満足しなくなる。この化学量論的組成比の1対1から
のずれが、Beの表面側へのアウト拡散等の再分布、活
性化率の低下などの異常現象の原因となっているものと
考えられる。
Therefore, by implanting Be ions into GaAs, the apparent number of group III elements increases, and the condition that the stoichiometric composition ratio of the number of group III atoms and the number of group III atoms is 1:1 is satisfied. become dissatisfied. It is believed that this deviation from the 1:1 stoichiometric composition ratio is the cause of abnormal phenomena such as redistribution such as out-diffusion of Be to the surface side and a decrease in the activation rate.

ところが、■族のFイオンを注入することで、この■族
元素が■族元素と置換し、見かけ上のV族原子数が増え
、Beによる■族原子数の増加分が相殺され、化学量論
的組成比の1対1が保たれることになり、アウト拡散な
どの異常現象が消失し、理論分布との一致がよくなるも
のと考えられる。
However, by implanting group ■ F ions, this group ■ element replaces the group ■ element, the apparent number of group V atoms increases, the increase in the number of group ■ atoms due to Be is offset, and the stoichiometric amount increases. It is considered that the theoretical composition ratio of 1:1 is maintained, abnormal phenomena such as out-diffusion disappear, and the agreement with the theoretical distribution becomes better.

従来技術によるP型不純物と■族元素イオン(P、As
等)との2重イオン注入は、実はこの化学量論的組成の
ずれを改善するために用いられたものである。しかし、
Pの原子量は31、同じくAsの原子量は75と1本発
明によるFの原子量の19よりは非常に重いため、イオ
ン注入時に多量の放射損傷を生成することから、高品質
のp型導電領域を形成する観点から■族元素の2重イオ
ン注入は好ましくない。このような重いイオンの注入に
よる放射損傷の顕著な影響は、低温の熱処理でp型不純
物が電気的に活性化しないという弊害となってあられれ
る。同時に、重いイオンの注入のために高電圧の大規模
な注入袋7置が必要になるというデメリットも有してい
る。先の実施例ではBeを50k Vの加速電圧で注入
しているeBeと同じ深さにFイオンを注入するために
必要な加速電圧は約125kVであるが、これがPイオ
ンでは250kV以上、Asイオンでは500k V以
上の高い電圧となる。従って、Fイオンによる2重イオ
ン注入は、PまたはAsイオンに比べて、放射損傷の少
ない高品質p型導電領域の形成を可能とし、これに必要
なイオン注入装置も小型の低加速電圧装置でよいことに
なる。
P-type impurities and group II element ions (P, As
Double ion implantation with (etc.) was actually used to improve this stoichiometric composition deviation. but,
The atomic weight of P is 31, and the atomic weight of As is 75, which is much heavier than the atomic weight of 19, which is 19 for F according to the present invention. Therefore, a large amount of radiation damage is generated during ion implantation, so a high-quality p-type conductive region is required. From the viewpoint of formation, double ion implantation of group Ⅰ elements is not preferable. The significant effect of radiation damage caused by the implantation of heavy ions can result in a negative effect that p-type impurities are not electrically activated by low-temperature heat treatment. At the same time, it also has the disadvantage that seven large-scale implantation bags with high voltage are required to implant heavy ions. In the previous example, Be was implanted at an acceleration voltage of 50kV.The acceleration voltage required to implant F ions to the same depth as eBe is approximately 125kV, but this is more than 250kV for P ions and more than 250kV for As ions. In this case, the voltage will be as high as 500 kV or more. Therefore, double ion implantation using F ions makes it possible to form a high-quality p-type conductive region with less radiation damage compared to P or As ions, and the ion implantation equipment required for this is a small, low acceleration voltage equipment. It will be a good thing.

実施例 2 吹に、本発明による他の実施例を説明する。第2図は、
先の第1図の場合と同一条件でイオン注入したMo、、
Ga、、、As中のホール濃度の深さ方向分布を示す図
である。第1図と同様に1図中の破線は理論分布、実線
は実測分布を示し、実測分布のうち、0はBe単単独イ
オノン注入・はBe、Fの2重イオン注入を示す。この
図から明らかなように、Beイオンの単独注入では、9
50℃の熱処理でBeが内部に非常に深く拡散してしま
っている。
Example 2 Another example according to the present invention will now be described. Figure 2 shows
Mo was ion-implanted under the same conditions as in the case of Figure 1 above.
It is a figure showing the depth direction distribution of the hole concentration in Ga,..., As. Similarly to FIG. 1, the broken line in FIG. 1 shows the theoretical distribution, and the solid line shows the actually measured distribution. Of the measured distributions, 0 indicates Be single ion implantation and 0 indicates double ion implantation of Be and F. As is clear from this figure, when Be ions are implanted alone, 9
Due to the heat treatment at 50°C, Be has diffused very deeply into the interior.

これに対し、本発明によるBeとFの2重イオン注入で
は、熱処理によるBeの再分布がないため、ホール濃度
が理論分布と非常によく合っていることがわかる。
On the other hand, in the double ion implantation of Be and F according to the present invention, there is no redistribution of Be due to heat treatment, so it can be seen that the hole concentration matches the theoretical distribution very well.

また、第3図は、第2図で用いた試料の熱処理温度に対
する電気的な活性化率をプロットした結果を示す図であ
る。この図から、0で示すBeイオンの単独注入での活
性化率が30%弱であるのに対し、0で示す本発明によ
るBeとFの2重イオン注入では、活性化率が最大で8
0%にも達していることがわかる。
Moreover, FIG. 3 is a diagram showing the results of plotting the electrical activation rate against the heat treatment temperature of the sample used in FIG. 2. This figure shows that the activation rate in single implantation of Be ions, indicated by 0, is just under 30%, whereas in the double ion implantation of Be and F according to the present invention, indicated by 0, the activation rate is up to 8%.
It can be seen that it reaches 0%.

なお、上記実施例1.2では、p型不純物としてBeを
用いたが、Beの代わりに他のp型不純物、例えばMg
、Zn、Cd、Hgなどを用いてもよい。
In Example 1.2 above, Be was used as the p-type impurity, but other p-type impurities such as Mg
, Zn, Cd, Hg, etc. may also be used.

また、上記実施例1.2では、■−■族化合物単導体基
板としてGaAs、uo、3Ga0,7Asを用いた例
のみを述べたが、もちろん、本発明はこれら以外のm−
v族化合物半導体、例えばInGaAs、InGaAs
P、InP、GaPなどへの適用も可能である。また、
本発明に係るハロゲンイオン種としてFイオンを用いた
が、この代りにCll、Br、工などのハロゲンイオン
の注入を行ってもよい。
Further, in the above Example 1.2, only examples using GaAs, uo, 3Ga0,7As as the ■-■ group compound single conductor substrate were described, but the present invention is of course applicable to m-
V group compound semiconductors, such as InGaAs, InGaAs
Application to P, InP, GaP, etc. is also possible. Also,
Although F ions are used as the halogen ion species according to the present invention, halogen ions such as Cll, Br, and Cl may be implanted instead.

さらに、ハロゲンイオンの注入は、p型不純物の注入の
前あるいは後に、または前後に、あるいはp型不純物の
注入と同時に行っても本発明による効果は大差がなかっ
た。
Further, the effects of the present invention did not differ significantly even if the halogen ions were implanted before or after the p-type impurity implantation, or before and after the p-type impurity implantation, or at the same time as the p-type impurity implantation.

以下、本発明によるm−v族化合物半導体基板中へのp
型導電領域の形成方法の応用分野を図面を用いて具体的
に説明する6 実施例 3 まず、トランジスタなどの電子デバイスへの適用につい
て述べる。第4図(a)、(b)および第5図は、それ
ぞれ本発明を電界効果トランジスタに適用した実施例を
示す図である。第4図(a)、(b)はコラムゲート型
電界効果トランジスタを示し、(a)は上面図、(b)
は(a)の断面図である。第5図はp−n接合ゲート型
電界効果トランジスタの断面図である。第4図(a)、
(b)において、17はp型導電領域から成るコラムゲ
ート、18はソース、19はドレイン、dlは本発明に
よるコラムゲート17の直径、d2は従来技術によるコ
ラムゲート17の直径を示す。第5図において、1はソ
ース電極、2はゲート電極、3はドレイン電極、4はm
−v族化合物から成るn型半導体基板、20(斜線を付
した領域)はn型半導体基板4にイオン注入により形成
されたp型導電領域、t工は本発明によるp型導電領域
20の下面から基板4の下面までの距離、t2は従来技
術によるp型導電領域20の下面から基板4の下面まで
の距離を示す。
In the following, p is added into the m-v group compound semiconductor substrate according to the present invention.
The field of application of the method for forming a type conductive region will be specifically explained with reference to the drawings.6 Example 3 First, application to electronic devices such as transistors will be described. FIGS. 4(a), 4(b) and 5 are diagrams each showing an embodiment in which the present invention is applied to a field effect transistor. Figures 4 (a) and (b) show a column gate field effect transistor, (a) is a top view, (b)
is a sectional view of (a). FIG. 5 is a cross-sectional view of a pn junction gate type field effect transistor. Figure 4(a),
In (b), 17 is a column gate made of a p-type conductive region, 18 is a source, 19 is a drain, dl is the diameter of the column gate 17 according to the present invention, and d2 is the diameter of the column gate 17 according to the prior art. In FIG. 5, 1 is a source electrode, 2 is a gate electrode, 3 is a drain electrode, and 4 is an m
- an n-type semiconductor substrate made of a V-group compound; 20 (shaded region) is a p-type conductive region formed by ion implantation into the n-type semiconductor substrate 4; t is the lower surface of the p-type conductive region 20 according to the present invention; to the bottom surface of the substrate 4, and t2 indicates the distance from the bottom surface of the p-type conductive region 20 to the bottom surface of the substrate 4 according to the prior art.

このようなトランジスタでは、図の斜線で示したP型導
電領域をイオン注入で形成する場合、従来の技術では、
深さ方向および横方向の再分布のため、この領域の寸法
が点線で示したように広がってしまう傾向にあった。従
って、トランジスタのしきい値電圧の制御が非常に困難
であった。ところが、本発明によれば、注入イオンの再
分布がないことから、p型導電領域が実線で示したよう
に厳密に決定できるため、再現性よく所望の電界効果ト
ランジスタが作れることになる。
In such a transistor, when forming the P-type conductive region indicated by the shaded area in the figure by ion implantation, conventional techniques
Due to depth and lateral redistribution, the dimensions of this region tended to expand as shown by the dotted line. Therefore, it has been extremely difficult to control the threshold voltage of the transistor. However, according to the present invention, since there is no redistribution of implanted ions, the p-type conductive region can be precisely determined as shown by the solid line, and a desired field effect transistor can be manufactured with good reproducibility.

実施例 4 第6図は1本発明をバイポーラトランジスタに適用した
例を示す図である。(a)は従来のバイポーラトランジ
スタを示し、(b)は本発明のバイポーラトランジスタ
を示す。これらの図において、5はエミッタ(またはコ
レクタ)電極、6はベース電極、7はコレクタ(または
エミッタ)電極、8はn型半導体層、9はn型半導体層
、 10はn型半導体基板、21(斜線を付した領域)
はイオン注入により形成されたp型導電領域、alは本
発明による能動層幅、a2は従来技術による能動層幅を
示す。
Embodiment 4 FIG. 6 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a bipolar transistor. (a) shows a conventional bipolar transistor, and (b) shows a bipolar transistor of the present invention. In these figures, 5 is an emitter (or collector) electrode, 6 is a base electrode, 7 is a collector (or emitter) electrode, 8 is an n-type semiconductor layer, 9 is an n-type semiconductor layer, 10 is an n-type semiconductor substrate, 21 (shaded area)
is a p-type conductive region formed by ion implantation, al is the active layer width according to the present invention, and a2 is the active layer width according to the prior art.

図中の斜線部は、イオン注入によるp型導電領域であり
、(a)の従来技術では、注入イオンの横方向再分布の
ため、能動層幅a2が狭くなり、最悪の場合、トランジ
スタが動作しないことがあったが、本発明による(b)
ではこの幅が広がることがないため、再現性よく高性能
バイポーラトランジスタが作れることになる。また、本
発明では、横方向、深さ方向の再分布がないことに加え
て、注入イオンの活性化率が高くなるという特徴がある
ことから、これらの条件が特に必要とされる通常構造と
逆の構造のコレクタトップ/エミッタダウン構造のバイ
ポーラトランジスタが実現可能となる。なお、第6図で
5がエミッタ電極、7がコレクタ電極の場合は通常構造
、5がコレクタ電極、7がエミッタ電極の場合は通常と
は逆の構造のトランジスタとなる。
The shaded area in the figure is a p-type conductive region formed by ion implantation. In the conventional technique of (a), the active layer width a2 becomes narrow due to lateral redistribution of implanted ions, and in the worst case, the transistor does not operate. However, according to the present invention, (b)
Since this width does not widen, high-performance bipolar transistors can be manufactured with good reproducibility. In addition, the present invention is characterized in that there is no redistribution in the lateral and depth directions and that the activation rate of implanted ions is high. A bipolar transistor with a reverse collector top/emitter down structure can be realized. In FIG. 6, when 5 is an emitter electrode and 7 is a collector electrode, the transistor has a normal structure, and when 5 is a collector electrode and 7 is an emitter electrode, the transistor has a reverse structure.

実施例 5 本発明の方法は、トランジスタなどの電子デバイスだけ
ではなく光デバイスにも適用が可能である。第7図(a
)は従来のプレーナストライプレーザの断面図、(b)
は、本発明のプレーナストライプレーザの断面図である
。これらの図において、11はアノード電極、12はカ
ソード電極、13はn型半導体層、14はp型クラッド
層、15は活性層。
Example 5 The method of the present invention can be applied not only to electronic devices such as transistors but also to optical devices. Figure 7 (a
) is a cross-sectional view of a conventional planar stripe laser, (b)
1 is a cross-sectional view of a planar stripe laser of the present invention. In these figures, 11 is an anode electrode, 12 is a cathode electrode, 13 is an n-type semiconductor layer, 14 is a p-type cladding layer, and 15 is an active layer.

16はn型クラッド層、22(斜線を付した領域)はイ
オン注入によって形成されたp型導電領域である。
16 is an n-type cladding layer, and 22 (shaded region) is a p-type conductive region formed by ion implantation.

(a)の従来技術によって作製したレーザでは、熱処理
による注入イオンの再分布のため活性層幅が広がってし
まい、結果として発振しきい値電流が増加し、横モード
が広がってしまう。ところが、(b)の本発明によって
作製したレーザでは活性層幅が広がることがないため、
高性能レーザが作製可能となる。また、本発明の方法は
、キャリア濃度分布の精密な制御が必要とされるアバラ
ンシェ光検出器のガードリング部の製作に適用すること
もできる。
In the laser manufactured by the conventional technique of (a), the width of the active layer increases due to the redistribution of implanted ions due to heat treatment, resulting in an increase in the oscillation threshold current and a broadening of the transverse mode. However, in the laser manufactured according to the present invention (b), the active layer width does not increase;
It becomes possible to create high-performance lasers. Further, the method of the present invention can also be applied to manufacturing a guard ring portion of an avalanche photodetector, which requires precise control of carrier concentration distribution.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の方法によれば、■−■族
化合物半導体にP型不純物をイオン注入した後の熱処理
によるp型不純物の再分布を抑制し、かつ、p型不純物
の電気的な活性化率の高い高品質のp型導電領域の形成
が可能となる。また、その方法は、イオン注入時にp型
不純物の注入の前もしくは後、あるいは前後、または同
時にFイオンを注入するだけの容易に行い得るものであ
る。
As explained above, according to the method of the present invention, redistribution of p-type impurities due to heat treatment after ion implantation of p-type impurities into a ■-■ group compound semiconductor can be suppressed, and electrical It becomes possible to form a high quality p-type conductive region with a high activation rate. Further, this method can be easily carried out by simply implanting F ions before or after, before or after, or simultaneously with p-type impurity implantation during ion implantation.

さらに、本発明の実施に用いるイオン注入装冒は小型の
低加速電圧装置でよい利点がある。
Furthermore, the ion implantation equipment used to carry out the present invention has the advantage of being a small, low acceleration voltage device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、GaAs中へBeイオンの単独注入を行った
場合と本発明によるBeとFイオンの2重イオン注入を
行った場合のホール濃度の深さ方向分布を示す図、第2
図は、A立。、3Ga6.7As中八Beイオンの単独
注入を行った場合と本発明によるBeとFイオンの2重
イオン注入を行った場合のホール濃度の深さ方向分布を
示す図、第3図は、Beイオン単独注入の場合と本発明
によるBeとFイオンの2重イオン注入の場合のAll
、、、 Gas、t As中のBeの活性化率を熱処理
温度に対してプロットした図、第4図(a)、(b)は
、それぞれ本発明をコラムゲート型電界効果トランジス
タに応用した場合の効果を示す上面図および断面図、第
5図は1本発明をp−n接合ゲート型電界効果トランジ
スタに応用した場合の効果を示す断面図、第6図(a)
、(b)は、本発明をバイポーラトランジスタに応用し
た場合の効果を示す断面図、第7図(a)、(b)は、
本発明をプレーナストライプレーザに応用した場合の効
果を示す断面図、第8図は、従来のイオン注入技術によ
るG a A s中へ注入したBe濃度の熱処理前と後
の深さ方向分布を示す図、第9図は従来のイオン注入技
術によるAs6.a Gas、7 As中へ注入したB
e濃度の熱処理前と後の深さ方向分布を示す図、第10
図は、従来のイオン注入技術によるp型不純物が熱処理
により深さ方向および横方向に再分布することを模式的
に示す図、第11図は、従来のイオン注入技術であるM
gとAsの2重イオン注入による熱処理後のGaAs中
のホール濃度の深さ方向分布を示す図である。 1・・・ソース電極 2・・・ゲート電極 3・・・ドレイン電極 4・・・n型半導体基板 5・・・エミッタ電極(またはコレクタ)電極6・・・
ベース電極 7・・・コレクタ電極(またはエミッタ)電極8・・・
n型半導体層 9・・・p型半導体層 10・・・n型半導体基板 11・・・7ノード電極 12・・・カソード電極 13・・・n型半導体層 14・・・p型クラッド層 15・・・活性層 16・・・n型クラッド層 17・・・コラムゲート 18・・・ソース 19・・・ドレイン
FIG. 1 is a diagram showing the hole concentration distribution in the depth direction when single Be ions are implanted into GaAs and when double ion implantation of Be and F ions is performed according to the present invention.
The figure is A-stand. FIG. All in the case of single ion implantation and in the case of double ion implantation of Be and F ions according to the present invention
Figures 4(a) and 4(b) plot the activation rate of Be in Gas and tAs against the heat treatment temperature, respectively, when the present invention is applied to a column gate field effect transistor. Figure 5 is a top view and cross-sectional view showing the effect of 1. Figure 6 (a) is a cross-sectional view showing the effect when the present invention is applied to a p-n junction gate type field effect transistor.
, (b) are cross-sectional views showing the effects when the present invention is applied to a bipolar transistor, and FIGS. 7(a) and (b) are
FIG. 8, a cross-sectional view showing the effect when the present invention is applied to a planar stripe laser, shows the depth distribution of Be concentration implanted into GaAs by conventional ion implantation technology before and after heat treatment. 9A and 9B show As6. a Gas, B injected into 7 As
Figure 10 showing the depth distribution of e concentration before and after heat treatment.
The figure schematically shows that p-type impurities are redistributed in the depth and lateral directions by heat treatment using conventional ion implantation technology.
FIG. 3 is a diagram showing the depth distribution of hole concentration in GaAs after heat treatment by double ion implantation of g and As. 1... Source electrode 2... Gate electrode 3... Drain electrode 4... N-type semiconductor substrate 5... Emitter electrode (or collector) electrode 6...
Base electrode 7...Collector electrode (or emitter) electrode 8...
N-type semiconductor layer 9...P-type semiconductor layer 10...N-type semiconductor substrate 11...7 Node electrode 12...Cathode electrode 13...N-type semiconductor layer 14...P-type cladding layer 15 ...Active layer 16...N-type cladding layer 17...Column gate 18...Source 19...Drain

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、III−V族化合物半導体基板表面あるいは該基板中
にp型の不純物イオン種を注入してp型の導電領域を形
成する方法において、上記p型の不純物イオン種の注入
の前または後の少なくとも一方、あるいは上記注入と同
時にVII族のハロゲンイオン種の注入を行う工程を具備
し、かつ、該工程の後、上記p型の不純物イオン種の活
性化用熱処理を行なうことを特徴とするIII−V族化合
物半導体のイオン注入によるp型導電領域の形成方法。
1. In a method of forming a p-type conductive region by implanting p-type impurity ion species on or into the surface of a III-V compound semiconductor substrate, before or after the above-mentioned implantation of the p-type impurity ion species. III, characterized in that it comprises a step of implanting a group VII halogen ion species at least one or simultaneously with the above implantation, and after the step, a heat treatment for activating the p-type impurity ion species is performed. - A method for forming a p-type conductive region by ion implantation of a V group compound semiconductor.
JP11239787A 1987-05-11 1987-05-11 Ion implantation forming method for p-type conductive region Pending JPS63278324A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11239787A JPS63278324A (en) 1987-05-11 1987-05-11 Ion implantation forming method for p-type conductive region

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11239787A JPS63278324A (en) 1987-05-11 1987-05-11 Ion implantation forming method for p-type conductive region

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63278324A true JPS63278324A (en) 1988-11-16

Family

ID=14585637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11239787A Pending JPS63278324A (en) 1987-05-11 1987-05-11 Ion implantation forming method for p-type conductive region

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63278324A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6709906B2 (en) * 1994-02-28 2004-03-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for producing semiconductor device
JP2019009169A (en) * 2017-06-21 2019-01-17 国立研究開発法人情報通信研究機構 Semiconductor optical device, semiconductor light source, optical integrated circuit, and manufacturing method of semiconductor optical device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61280616A (en) * 1985-06-06 1986-12-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Impurity introduction process by ion implantation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61280616A (en) * 1985-06-06 1986-12-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Impurity introduction process by ion implantation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6709906B2 (en) * 1994-02-28 2004-03-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for producing semiconductor device
JP2019009169A (en) * 2017-06-21 2019-01-17 国立研究開発法人情報通信研究機構 Semiconductor optical device, semiconductor light source, optical integrated circuit, and manufacturing method of semiconductor optical device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11569092B2 (en) Semiconductor device
US3936322A (en) Method of making a double heterojunction diode laser
US7968919B2 (en) Integrated circuit including a charge compensation component
US4104085A (en) Method of manufacturing a semiconductor device by implanting ions through bevelled oxide layer in single masking step
US4154625A (en) Annealing of uncapped compound semiconductor materials by pulsed energy deposition
US10134832B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPS6267890A (en) Semiconductor laser
KR930002320B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US4216029A (en) Method of making static induction transistor logic
JPS63278324A (en) Ion implantation forming method for p-type conductive region
JP6365790B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JPS63222489A (en) Manufacture of semiconductor laser
JPS63222488A (en) Manufacture of semiconductor laser
EP0203516A2 (en) Field effect transistor
JPS63314866A (en) Bipolar transistor
KR100219063B1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2974189B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH0644617B2 (en) Method of manufacturing integrated circuit
US5504769A (en) Semiconductor laser having low current threshold
GB1401276A (en) Methods of manufacturing semiconductor devices
JPS6321355B2 (en)
KR100293269B1 (en) Method for fabricating semiconductor device
JPS621261B2 (en)
JPS5933892A (en) Semiconductor laser device
JPH01175790A (en) Manufacture of semiconductor laser of algaas/gaas buried structure