JPS6387722A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPS6387722A
JPS6387722A JP23467687A JP23467687A JPS6387722A JP S6387722 A JPS6387722 A JP S6387722A JP 23467687 A JP23467687 A JP 23467687A JP 23467687 A JP23467687 A JP 23467687A JP S6387722 A JPS6387722 A JP S6387722A
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JP
Japan
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region
superlattice
substrate
nipi
mask
Prior art date
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Application number
JP23467687A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eichi Dooraa Gotsutofuraido
ゴツトフライド・エイチ・ドーラー
Hasunain Guramu
グラム・ハスナイン
Enu Miraa Jiefurei
ジエフレイ・エヌ・ミラー
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Hewlett Packard Japan Inc
Original Assignee
Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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Publication date
Application filed by Yokogawa Hewlett Packard Ltd filed Critical Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Publication of JPS6387722A publication Critical patent/JPS6387722A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To facilitate forming an unlimited selective contact region by a method wherein a plurality of molecular beams are applied to a substrate along a plurality of directions and a mask is used so as to prevent at least one molecular beam from being applied to at least a part of a layer to be made to grow by epitaxy. CONSTITUTION:A shadow mask 13 shields a part of a molecular beam 12 and defines a region where epitaxial growth is to be performed on a substrate 11. An n-type dopant source is so arranged as to generate a beam 15 which enters the substrate 11 and a p-type dopant source is so arranged as to generate a beam 16 which enters the substrate 11. The mask 13 shields an epitaxial layer from the beam 15 in 1st region 17 and shields the epitaxial layer from the beam 16 in 2nd region 18. The beams 15 and 16 are controlled to be turned ON and OFF so as to make an N-I-P-I super-lattice structure grow in a region 19. With this constitution, a selective contact region which contacts the N-I-P-I super-lattice structure can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的((は新規な半導体素子製造方法、特に
、分子線エピタキシャル成長法を使用した、NIPIド
ーピング超格子構造への選択的コンタクトの製造方法に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application] The present invention relates generally to a novel method for manufacturing semiconductor devices, and more particularly to the production of selective contacts to NIPI-doped superlattice structures using molecular beam epitaxial growth. Regarding the manufacturing method.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

超格子の一般的理論は、5cientific Ame
ricanの1983年11月号、144〜151 頁
に開示された”5QLID−8TATE 5UPERL
ATTICES”と題するTottfried H,D
oeler    による論文に示されている。超格子
は、興味のある電気−光学特性を有し、その電気−光学
特性は超格子のパラメータの選択によって調整できると
いう理由で興味があるものである。
The general theory of superlattices is 5 scientific Ame
"5QLID-8TATE 5UPERL" disclosed in rican's November 1983 issue, pages 144-151
Tottfried H,D titled “ATTICES”
This is shown in the paper by Oeler. Superlattices are of interest because they have interesting electro-optical properties that can be tuned by selecting the parameters of the superlattice.

超格子には、合成超格子(ヘテロ構造超格子とも呼ぶ)
およびドーピング超格子の2種類がある。
Superlattices include synthetic superlattices (also called heterostructure superlattices).
There are two types: doped superlattice and doped superlattice.

合成超格子は2つの異なった半導体の極めて薄い層の交
互の周期的配列である。各層は数100原子厚以下の厚
さで蔦るから、隣接層の間にはかなシの相互作用がある
。2つの層の組成は、それらの層が適合性のある格子構
造を有するように、また一方の層のバンドギャップが他
方の層のバンドギャップと等しくないように選択される
。この効果は、伝導帯の底が各小バンドギャップ層中の
電子に対するポテンシャル井戸を示し、また各犬バンド
ギャップ層中の電子に対するポテンシャル障壁を示すと
いうことである。同様に、価電子帯の頂部は正孔に対す
るポテンシャル井戸の周期的配列を示す。あるこのよう
な超格子は、G a A sおよびAI G5Asの交
互の繰返し層からなる。これらのポテンシャル井戸は伝
導帯を一連の小バンドに分離し、超格子の電気的−光学
的特性に影響を与える。
A composite superlattice is an alternating periodic arrangement of extremely thin layers of two different semiconductors. Since each layer is less than a few hundred atoms thick, there is fleeting interaction between adjacent layers. The compositions of the two layers are chosen such that the layers have compatible lattice structures and such that the bandgap of one layer is not equal to the bandgap of the other layer. The effect of this is that the bottom of the conduction band presents a potential well for electrons in each small bandgap layer and a potential barrier for electrons in each small bandgap layer. Similarly, the top of the valence band exhibits a periodic array of potential wells for holes. One such superlattice consists of alternating repeating layers of GaAs and AI G5As. These potential wells separate the conduction band into a series of small bands and influence the electrical-optical properties of the superlattice.

ドーピング超格子は基板中のnドープ層およびnドープ
層の交互の繰返しからなる。これらのドープ層はアンド
ープ(真性)基板の層によって分離できる(必らずしも
そうしなくともよい)。このドーピング超格子はNIP
I超格子ともいう。
The doped superlattice consists of n-doped layers and alternating repeats of n-doped layers in the substrate. These doped layers can (but do not have to) be separated by a layer of undoped (intrinsic) substrate. This doped superlattice is NIP
Also called I superlattice.

n形層からp形層への電子の拡散およびp形層からn形
層への正孔の拡散によって、伝導帯の底および価電子帯
の頂部に周期的な変化をもたらす超格子の周期的な電荷
変化が生じ、それによって前述した合成超格子と同様に
ポテンシャル井戸の周期的な配列を生じる。また、これ
によって、正孔と電子の分離が生じるので電子と正孔と
の再結合時間が大きく増大する。光学的にまたは電気的
に励起されると、多数の余分の正孔および電子が生じ、
周期的ポテンシャルを平らにし、また超格子の基底状態
からの超格子の実効バンドギャップ(伝導帯の底の最底
部と価電子帯の頂部の最高部との間の距離と定義される
)を大きくする。電気的、光学的特性は超格子の正孔お
よび自由電子の数を変化させることによって変化させる
ことができる。これを電気的励起によって達成するため
には、一対の選択的接触(部)を作ることが必要である
。第1の選択的接触はnドープ層ではなくnドープ層に
対して低インピーダンスオーム性接触を形成する必要が
あシ、第2の選択的接触はnドープ層ではなくnドープ
層に対し℃低インピーダンスオーム性接触を形成する必
要がある。
The periodicity of the superlattice results in periodic changes in the bottom of the conduction band and the top of the valence band due to the diffusion of electrons from the n-type layer to the p-type layer and the diffusion of holes from the p-type layer to the n-type layer. A significant charge change occurs, which results in a periodic array of potential wells similar to the synthetic superlattice described above. Moreover, this causes separation of holes and electrons, which greatly increases the recombination time between electrons and holes. When excited optically or electrically, a large number of extra holes and electrons are produced,
It flattens the periodic potential and also increases the effective bandgap of the superlattice (defined as the distance between the bottom of the conduction band and the top of the valence band) from the superlattice's ground state. do. Electrical and optical properties can be changed by changing the number of holes and free electrons in the superlattice. To achieve this by electrical excitation, it is necessary to make a pair of selective contacts. The first selective contact is required to form a low impedance ohmic contact to the n-doped layer but not to the n-doped layer, and the second selective contact is required to form a low impedance ohmic contact to the n-doped layer but not to the n-doped layer. It is necessary to form an impedance ohmic contact.

現在、n形層およびp形層に対する選択的接触はそれぞ
れ、超格子の表面上に小さなすず(sn)ボールと小さ
なすず/亜鉛(Sn/Zn)ポールを被着し、次に超格
子をアニールしてこれらのポールを超格子中に拡散する
ことによって形成されてい  。
Currently, selective contacts for n-type and p-type layers are achieved by depositing small tin (sn) balls and small tin/zinc (Sn/Zn) poles on the surface of the superlattice, respectively, and then annealing the superlattice. are formed by diffusing these poles into the superlattice.

る。拡散されたSn原子およびZn原子によって超格子
の表面下に高濃度のnドープ、pドープ領域が生じ、そ
れによりてそれぞれ第1、第2の選択的接触が形成され
る。残念ながら、これらの選択的接触は理想からは程遠
い。ボールの寸法が変わるので再現性のある結果が得ら
れない。被着ポールは現在の集積回路構造のスケールで
は極めて大きいので形成される接触も同様に大きく、こ
のプロセスは微細化には不適当である。これらの大きな
接触表面領域のために大きな漏れ電流が生じ、また、こ
れらの接触部と超格子との界面でのバンドギャップ状態
のために高再結合割合が生じる。
Ru. The diffused Sn and Zn atoms create heavily n-doped and p-doped regions under the surface of the superlattice, thereby forming first and second selective contacts, respectively. Unfortunately, these selective contacts are far from ideal. Because the ball dimensions vary, reproducible results cannot be obtained. Since the deposited poles are extremely large on the scale of current integrated circuit structures, the contacts formed are similarly large, making this process unsuitable for scaling. These large contact surface areas result in large leakage currents and high recombination rates due to the bandgap conditions at the interfaces of these contacts and the superlattice.

選択的接触部でのこの望ましくない非放射性再結合のた
めに室温で極めて低い発光効率となる。第3A図は従来
技術による選択的接触を有するNIPI超格子の概略図
、第3B図は第3A図に示した構造の等価回路である。
This undesired non-radiative recombination at selective contacts results in very low luminous efficiency at room temperature. FIG. 3A is a schematic diagram of a NIPI superlattice with selective contacts according to the prior art, and FIG. 3B is an equivalent circuit of the structure shown in FIG. 3A.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、上述した種々の問題点によって制限されない
選択的接触部を形成できる半導体素子製造方法を提供す
ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that can form selective contacts that are not limited by the above-mentioned problems.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の一実施例において、適所に選択的接触部を有す
るNIPI超格子の製造を可能にする製造方法が提供さ
れる。−組のソースは一組の分子ビームを提供し、これ
ら分子ビームは超格子のバルク材料を成長させるために
、またnドープ、pドープ領域を形成するのに必要なド
ーパントを提供するために使用される。シャドーマスク
がドーパントビームと、その上にNIPI超格子が生成
される基板との間に配置される。シャドーマスクは基板
の第1領域をnドーパントからシールドし、また基板の
第2領域をnドーパントからシールドする。第1、第2
領域間は、nドーパント、nドーパント両方が入射する
第3領域となる。
In one embodiment of the present invention, a fabrication method is provided that allows fabrication of NIPI superlattices with selective contacts in place. - a set of sources provides a set of molecular beams which are used to grow the bulk material of the superlattice and to provide the dopants necessary to form the n-doped and p-doped regions; be done. A shadow mask is placed between the dopant beam and the substrate on which the NIPI superlattice is generated. A shadow mask shields a first region of the substrate from the n-dopant and also shields a second region of the substrate from the n-dopant. 1st, 2nd
Between the regions is a third region into which the n-dopant and both the n-dopants are incident.

バルク材料が基板上に被着されているとき、nドーパン
トビームおよびnドーパントビームを制御可能にターン
オンオフして第3領域中にNIPI超格子を形成する。
As the bulk material is deposited on the substrate, the n-dopant beam and the n-dopant beam are controllably turned on and off to form a NIPI superlattice in the third region.

シャードーマスフのために、各nドープ層は第1領域に
延びるが第2領域には延びず、また各nドープ層は第2
領域には延びるが第1領域には延びない。したがって、
第1領域はPIPI構造を含み、第2領域はNINI構
造を含むことになる。第1導体はNINI層と接触−し
形成され、NIPI超格子のnドープ層に対する第1の
選択的接触を形成する。同様に、第2導体はPIPI層
と接触形成され、NIPI超格子のnドープ層に対する
第2の選択的接触を形成する。
Because of the shadow mass, each n-doped layer extends into the first region but not the second region, and each n-doped layer extends into the second region.
region but not the first region. therefore,
The first region will contain the PIPI structure and the second region will contain the NINI structure. A first conductor is formed in contact with the NINI layer and forms a first selective contact to the n-doped layer of the NIPI superlattice. Similarly, a second conductor is formed in contact with the PIPI layer to form a second selective contact to the n-doped layer of the NIPI superlattice.

これらの選択的接触は、前述した従来技術における選択
的接触よシずりと秀れている。第3A図には、従来技術
による選択的接触の概略図が示されている。これらの接
触の等価回路は第3B図に示されている。同様に、本発
明による第2図の選択的接触の概略図およびその等価回
路がそれぞれ第4A図および第4B図に示されている。
These selective contacts are superior to the selective contacts in the prior art described above. FIG. 3A shows a schematic diagram of selective contact according to the prior art. The equivalent circuit for these contacts is shown in Figure 3B. Similarly, a schematic diagram of the selective contact of FIG. 2 according to the present invention and its equivalent circuit are shown in FIGS. 4A and 4B, respectively.

第1導体は真性領域によってnドープ層から分離され、
また第2導体は真性領域によつてn−ドープ層から分離
されているので、第4B図の等価回路は第3B図に存在
する漏れを生ずるpn接合を有しない。
the first conductor is separated from the n-doped layer by an intrinsic region;
Also, because the second conductor is separated from the n-doped layer by an intrinsic region, the equivalent circuit of FIG. 4B does not have the leaky pn junction present in FIG. 3B.

シャドーマスクはいくつかの材料で形成できるが、次の
特性を有すべきである。製造工程中に汚染物質が導入さ
れるのを避けるためには、マスク材料は、分子ビームエ
ピタキシー(MBE)システムにおいて用いられる超高
真空システム中でガスを発生してはならない。マスクは
また高温度に耐えなければならず(1ooo℃まで)、
こわれやすいものであってはならず、MBEシステムに
おいて用いる前に不純物を除去するのに清掃するのが容
易でなければならない。
The shadow mask can be made of several materials, but should have the following properties: To avoid introducing contaminants during the manufacturing process, the mask material must not outgas in the ultra-high vacuum systems used in molecular beam epitaxy (MBE) systems. The mask must also withstand high temperatures (up to 1ooo°C),
It must not be fragile and must be easy to clean to remove impurities before use in an MBE system.

このシャドーマスク技術は、NIPI超格子に対する選
択的接触を製造することよりずっと大きな多様性を有す
る。1つの選択的n形接触および1つの選択的p形接触
を有する上述したNIPI構造は、1つの矩形開口を有
するシャドーマスクで製造できる。2つのn形選択的接
触および2つのp形選択的接触を有するNIPI構造は
、十字形開口を有するマスクと、2つのNINI領域お
よび2つのPIPI領域を形成するために配置さ  ・
れた複数個のn形ソース、p形ソースとを用いて製造で
きる。同様に、複数個のソースと適当な形状のシャドー
マスクとの組合せを用いて、NIPI光検出器アレイを
製造できる。この場合、中央の矩形NIPI構造は光を
検出するのに用いられ、そしてNINI領域とPIPI
領域の交互配列はNIPI構造の側面に接続されて検出
器領域の長さに溢って選択的n形、p形接触を作る。製
造可能な他の構造には、横方向に強く制限された横方向
へテロ構造をもった光学導波管や、3端子またはそれ以
上の電子デバイスに対する空間的に分離されたn形、p
形接触を有するバイポーラまたはへテロ接合バイポーラ
トランジスタがある。
This shadow mask technique has much greater versatility than producing selective contacts to the NIPI superlattice. The NIPI structure described above with one selective n-type contact and one selective p-type contact can be fabricated with a shadow mask with one rectangular opening. A NIPI structure with two n-type selective contacts and two p-type selective contacts is placed with a mask having a cross-shaped opening to form two NINI regions and two PIPI regions.
It can be manufactured using a plurality of n-type sources and p-type sources. Similarly, a combination of multiple sources and appropriately shaped shadow masks can be used to fabricate a NIPI photodetector array. In this case, the central rectangular NIPI structure is used to detect light, and the NINI region and PIPI
Alternating regions are connected to the sides of the NIPI structure and span the length of the detector region to create selective n-type, p-type contacts. Other structures that can be fabricated include optical waveguides with strongly laterally confined lateral heterostructures and spatially separated n-type, p-type for three-terminal or more electronic devices.
There are bipolar or heterojunction bipolar transistors with shaped contacts.

〔実施例〕〔Example〕

第1図には、適所に選択的接触を有するNIPニド−ピ
ング超格子を製造する方法が示されている。基板11の
上に分子ビームエピタキシによってNIPI超格子が成
長される。”分子ビームエピタキシ”および“分子ビー
ム″なる用語はここでは分子ビームだけでなく、原子ビ
ーム、イオンビームも含むものと解釈されるべきである
。これらのビームは、各ビームが基板11で実質的に平
行光線にされる程十分に基板から離れた位置に配置され
たソースから供給される。NIPI超格子のバルク材料
は(バルク材料の選択に依存して)1つまたはそれ以上
の分子ビーム・ソースから与えられる。これらのソース
(図示せず)は基板11の上面に垂直に入射する分子ビ
ーム12を与える。
FIG. 1 shows a method of fabricating a NIP-doped superlattice with selective contacts in place. A NIPI superlattice is grown on the substrate 11 by molecular beam epitaxy. The terms "molecular beam epitaxy" and "molecular beam" are to be understood herein to include not only molecular beams, but also atomic and ion beams. These beams are provided by a source located far enough away from the substrate that each beam is substantially collimated at the substrate 11. The bulk material of the NIPI superlattice is provided by one or more molecular beam sources (depending on the choice of bulk material). These sources (not shown) provide a molecular beam 12 that is incident normal to the top surface of the substrate 11.

シャドーマスク13は分子ビーム12の一部を遮蔽し、
それによってエピタキシャル成長が基板11上で生じる
場所を画定する。こうして、マスク13の開口110と
ほぼ同じ形状および寸法を有する工、ビタキシャル成長
層14が生じる。また、第1図において、エピタキシャ
ル成長の幅Wはほぼ開口110の幅と等しい。n形ドー
パント源(ソース)は基板11に入射するビーム15を
生成するように配列され、またp形ドーパント源は基板
11に入射するビーム16を生成するように配列される
。これらのビーム源は、マスク1°3が第1領域17に
おいてビーム15からエピタキシャル層14をシールド
し、第2領域18においてビーム16からエピタキシャ
ル層14をシールドするように配置されている。ビーム
15もビーム16も、第3領域19においては層14か
らはプロノりされない。領域17と領域19の境界はビ
ーム15と平行な線Aによって決定される。同様に、領
域18と領域19の境界はビーム16に平行な線Bによ
って決定きれる。
The shadow mask 13 blocks a part of the molecular beam 12,
This defines where epitaxial growth will occur on substrate 11. This results in a bitaxially grown layer 14 having approximately the same shape and dimensions as the opening 110 of the mask 13. Further, in FIG. 1, the epitaxial growth width W is approximately equal to the width of the opening 110. An n-type dopant source is arranged to produce a beam 15 that is incident on the substrate 11, and a p-type dopant source is arranged to produce a beam 16 that is incident on the substrate 11. These radiation sources are arranged such that the mask 1° 3 shields the epitaxial layer 14 from the beam 15 in a first region 17 and from the beam 16 in a second region 18 . Neither beam 15 nor beam 16 is projected from layer 14 in third region 19 . The boundary between regions 17 and 19 is determined by a line A parallel to beam 15. Similarly, the boundary between region 18 and region 19 can be determined by line B parallel to beam 16.

ビーム15および16は、NIPI超格子が領域19に
成長されるように制御可能にターンオン中オフされる。
Beams 15 and 16 are controllably turned off during turn-on so that a NIPI superlattice is grown in region 19.

第2図は第1図に示したプロセスによって製造されたN
IPI構造の断面図である。
Figure 2 shows N produced by the process shown in Figure 1.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an IPI structure.

このNIPI超格子は、2つのnドープ層21.2つの
nドープ層22および3つの真性層23を有する。領域
17ではPIPI構造が生じ、領域18ではNINI構
造が生じる。導体24および25がそれぞれ、領域17
および18の端部に接触して形成され、それによって、
導体24からNIPI超格子内のp形層に対する選択的
接触、および導体25からNIPI超格子内のn形層に
対する選択的接触が形成される。真性領域は導体24を
NIPI超格子内のn形層から分離し、また導体25を
p形層から分離するので、これらの選択的接触は無視で
きる程小さい漏れ電流を与え、また超格子内の電子−正
孔再結合への寄与は無視できる程小さい。
This NIPI superlattice has two n-doped layers 21, two n-doped layers 22 and three intrinsic layers 23. In region 17 a PIPI structure occurs, and in region 18 a NINI structure occurs. Conductors 24 and 25 each
and 18, thereby
Selective contact is made from conductor 24 to the p-type layer in the NIPI superlattice, and from conductor 25 to the n-type layer in the NIPI superlattice. Because the intrinsic regions separate conductor 24 from the n-type layer within the NIPI superlattice and conductor 25 from the p-type layer, these selective contacts provide negligible leakage currents and The contribution to electron-hole recombination is negligibly small.

シャドーマスク材料は製造工程に汚染物質が導入される
のを避けるように選ぶべきである。こうして、シャドー
マスクは高温度に耐えるべきであシ、こわれやすかった
り、もろくてはならず、完全にみがくに十分な程小活性
でなければならず、MBEプロセスにおける超低圧でガ
スを発生してはならない。シリコンは選択するのに適当
なものである。それは安価で、シリコンウェー−・とじ
て入手できる。それはまた、ピラニア(piranha
 )溶液(H2804: H2O2= 5 : 1 )
に約20分浸し、次に濃縮HFに約15秒浸してピラニ
ア浸漬によって生成された5i02の薄層を除去するこ
とによって完全にみがくことができる。また、シリコン
ウェーハを正確にエッチする技術は周知である。
Shadow mask materials should be chosen to avoid introducing contaminants into the manufacturing process. Thus, the shadow mask should withstand high temperatures, should not be fragile or brittle, should be small enough to be completely polished, and should not generate gases at the extremely low pressures of the MBE process. Must not be. Silicon is a suitable choice. It is inexpensive and available in silicone wafer binding. It is also known as piranha
) solution (H2804: H2O2 = 5: 1)
It can be thoroughly scrubbed by soaking in water for about 20 minutes and then soaking in concentrated HF for about 15 seconds to remove the thin layer of 5i02 produced by the piranha soak. Additionally, techniques for accurately etching silicon wafers are well known.

分子ビームのうちのいくつかから選択的にマスクされる
領域の寸法は通常、シャドーマスクがMBE成長が起こ
る基板と実際に接触をなすことが可能な程十分に小さく
なっている。実際、形状によりては、典型的なシリコン
ウェーノ・が所望よシ厚くなる(300μ程度)程小さ
いので、ウェーハの厚さは、開口を形成してマスクを形
成する必要がある領域において減少させる必要がある。
The dimensions of the regions that are selectively masked from some of the molecular beams are typically small enough to allow the shadow mask to make actual contact with the substrate on which MBE growth occurs. In fact, depending on the geometry, the wafer thickness is reduced in the areas where openings need to be made to form the mask, as typical silicon wafers are small enough to be as thick as desired (300μ or so). There is a need.

別の方法では、マスクを2回エッチして、第6C図では
なく第7図に示されたようなエツジプロフィルを生成す
ることによって減じられた有効高を生成することもでき
る。
Alternatively, the mask can be etched twice to produce a reduced effective height by producing an edge profile as shown in FIG. 7 rather than FIG. 6C.

図面に示されたNIPI超格子は矩形開口110を有す
るマスクを用いて製造できる。しかし、よシ複雑な開口
およびよシ複雑な分子ビーム源の配列を用いて、このシ
ャドーマスク製造プロセスによって他のより複雑な構造
も製造できる。第5A図〜第5D図には、2つの選択的
n形接触および2つの選択的p形接触を有するNIPI
構造を形成するのに適したプロセスが示されている。こ
のプロセスは十字開口を有するマスクを用いる。第5A
図および第5B図には、それぞれ、分子ビーム源の配列
の平面図および側面図が示されている。
The NIPI superlattice shown in the drawings can be manufactured using a mask with rectangular openings 110. However, other more complex structures can also be fabricated by this shadow mask fabrication process using more complex apertures and more complex molecular beam source arrays. Figures 5A-5D show a NIPI with two selective n-type contacts and two selective p-type contacts.
A suitable process for forming the structure is shown. This process uses a mask with cross-shaped apertures. 5th A
Figures 5A and 5B show top and side views, respectively, of an array of molecular beam sources.

第5C図には、十字形開口の1本の脚を通る線に沿った
シャドーマスクの側面図が示されている。
FIG. 5C shows a side view of the shadow mask along a line through one leg of the cruciform aperture.

第5D図は、形成されたNIPI超格子、NINI領域
およびPIPI領域の平面図を示す。NIPI超格子は
基板が全てのドーパントビームに露出される領域51に
形成される。領域52および53では、両方のSiビー
ムによって露出されるが、いずれのBeビームにも露出
されないので、NINI超格子がこれらの領域に形成さ
れる。領域54および55では、基板はたった1つのS
iビームによって露出されるので、低濃度ドープのNI
NI超格子がこれらの領域に形成される。
FIG. 5D shows a top view of the formed NIPI superlattice, NINI region and PIPI region. A NIPI superlattice is formed in region 51 where the substrate is exposed to all dopant beams. Regions 52 and 53 are exposed by both Si beams but not by either Be beam, so a NINI superlattice is formed in these regions. In regions 54 and 55, the substrate has only one S
As exposed by the i-beam, the lightly doped NI
A NI superlattice is formed in these regions.

As源の配置によりて、Ga原子に露出された領域およ
びそれより大きな領域において基板のASによる露出が
生じる。こうして、GaA sが、GaAs原子によっ
て露出された領域全体において基板上に成長し、それに
よってマスクの形状を再生する。
The placement of the As source results in AS exposure of the substrate in the areas exposed to Ga atoms and in larger areas. Thus, GaAs grows on the substrate over the areas exposed by the GaAs atoms, thereby reproducing the shape of the mask.

第6A図〜第6D図では、NIPI超格子ホトダイオー
ドアレーを製造するのに適したプロセスが示されている
。第6A図には、分子ビーム源の平面図が示されており
、第6B図にはシャドーマスフの平面図が示されており
、第6C図には、第6B図に示された線に沿ったシャド
ーマスクの側面図が示されている。マスクの開口は、そ
の下にNIPI検出器が形成される矩形部61を含む。
6A-6D, a process suitable for manufacturing NIPI superlattice photodiode arrays is shown. 6A shows a top view of the molecular beam source, FIG. 6B shows a top view of the shadow mass, and FIG. 6C shows a top view of the molecular beam source along the lines shown in FIG. 6B. A side view of the shadow mask is shown. The mask aperture includes a rectangular section 61 under which the NIPI detector is formed.

矩形部61の両面に沿って、矩形の不透明領域63によ
って分離された矩形溝の周期的配列が対称的に配列され
る。Be源はマスクおよび基板とほぼ垂直にビームを与
えるから、領域61および62の下の領域はBe原子に
よって制御可能に露出される。
Along both sides of the rectangular portion 61, a periodic array of rectangular grooves separated by rectangular opaque areas 63 are symmetrically arranged. Since the Be source provides a beam approximately perpendicular to the mask and substrate, the regions below regions 61 and 62 are controllably exposed by Be atoms.

Si源は領域61および63の直下の基板の各部がSi
原子によって露出されるように配列される。こうして、
NIPI光検出器が領域61の直下に形成され、PIP
I接触領域が領域62の各領域の下に形成され、NIN
I接触領域が領域63の各領域の下に形成される。オー
ム性nドープ接触が各NINI領域に形成され、オーム
性nドープ接触が各PIPI領域に形成される。完成し
たホトダイオードアレイは第6D図に示されている。
In the Si source, each part of the substrate directly under regions 61 and 63 is made of Si.
Arranged to be exposed by atoms. thus,
A NIPI photodetector is formed directly under region 61, and the PIP
I contact regions are formed under each region of region 62 and NIN
An I contact area is formed under each area of region 63. An ohmic n-doped contact is formed in each NINI region and an ohmic n-doped contact is formed in each PIPI region. The completed photodiode array is shown in Figure 6D.

このMBE法によって成長するバルク材料の組成はドー
パン[1度を変化させることに加えて成分ビームを変化
させることによって変化させることができる。たとえば
、選択的接触は、成分ビームの1つを遮蔽することによ
って成長したラテラル二重ヘテロ構造の中央のアンドー
プ領域へのラテラル注入のために用いることができる。
The composition of the bulk material grown by this MBE method can be varied by varying the component beams in addition to varying the dopant [1 degree]. For example, selective contact can be used for lateral implantation into the central undoped region of a lateral double heterostructure grown by shielding one of the component beams.

これによって、表面発光縦横二重へテロ構造レーザがこ
の製造方法によって形成できるようになる。
This allows surface-emitting vertical and horizontal double heterostructure lasers to be formed by this manufacturing method.

第8A図および第8B図には、3つの端子を有するバイ
ポーラ(またはへテロ接合バイポーラ)トランジスタを
製造するためのシャドーマスクプロセスが示されている
。第8A図はこのシャドーマスクプロセスによって形成
された構造を示す。
8A and 8B, a shadow mask process for manufacturing a three terminal bipolar (or heterojunction bipolar) transistor is shown. Figure 8A shows the structure formed by this shadow mask process.

第8A図において、この構造は3つの接触が形成された
メサを形成するためにエッチされた。
In Figure 8A, this structure has been etched to form a mesa with three contacts formed.

第1図では、nドーパントおよびpドーパントビームは
重複するように選択されたので、NIP   ′工領域
がNINI領域とPIPI領域の間に形成された。別の
態様では、ビームを重複がないようにも選択できる。こ
の場合には、アンドープ(真性)領域によってPIPI
領域から分離されたNINI領域が形成されるだろう。
In FIG. 1, the n-dopant and p-dopant beams were chosen to overlap so that a NIP' region was formed between the NINI and PIPI regions. In another aspect, the beams can also be selected to be non-overlapping. In this case, the undoped (intrinsic) region
A NINI region separate from the region will be formed.

このような構成はPINダイオードを製造するにも、ま
た第9図の構造を製造するにも用いることができる。第
9図には、導波管を製造するに適したシャドーマスク製
造プロセスが示され℃いる。このプロセスにおいて、2
つの最左源は、2つの最古源によって発生した平行ビー
ムと基板の所で重複しない平行ビームを発生する。領域
91および95は領域94の材料より高いバンドギャッ
プを有するアンドープ材料からなる。領域92および9
3は領域94の材料よシ高いバンドギャップのドープ材
料からなる。これによりて、領域94において他の4領
域より低い屈折率が生じるので、この構造は、縦横両方
向において強く制限された導波管として働らくことにな
る。
Such a configuration can be used to fabricate a PIN diode and also to fabricate the structure of FIG. FIG. 9 shows a shadow mask manufacturing process suitable for manufacturing waveguides. In this process, 2
The two leftmost sources produce parallel beams that do not overlap at the substrate with the parallel beams produced by the two oldest sources. Regions 91 and 95 are comprised of an undoped material having a higher bandgap than the material of region 94. areas 92 and 9
3 is made of a higher bandgap doped material than the material of region 94. This results in a lower index of refraction in region 94 than in the other four regions, so that the structure acts as a strongly confined waveguide in both the vertical and horizontal directions.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明よシ明らかなように、本発明においては分子
線エピタキシャル成長とシャドーマスクとを組み合せ、
基板のある部分が分子線のうちのいくつかによシ照射さ
れるのが遮蔽される。これによりNIPI超格子構造へ
の選択的接触領域が形成される。本発明の製法によれば
、漏れ電流がなく、小型化に適し、電子−正孔の再結合
が少ない素子を製造することができる。また分子線源の
選択、制御およびシャドーマスクの選択によりm種の素
子を製造することができる。
As is clear from the above explanation, in the present invention, molecular beam epitaxial growth and a shadow mask are combined,
Certain portions of the substrate are shielded from being irradiated by some of the molecular beams. This creates selective contact areas to the NIPI superlattice structure. According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture an element that has no leakage current, is suitable for miniaturization, and has less electron-hole recombination. Moreover, m types of devices can be manufactured by selecting and controlling the molecular beam source and selecting the shadow mask.

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

第1図は本発明による半導体素子の製造方法を示した概
略図、第2図は第1図の方法により製造される半導体素
子の一例を示した図、第3A図は従来技術によシ製造さ
れた半導体素子の概略図、第3B図は第3A図の素子の
電気的等価回路図、第4A図は第2図の半導体素子の概
略図、第4B図は第4A図の素子の電気的等価回路図、
第5A図から第5D図は本発明の半導体素子の製造方法
の他の実施例を示した図、第6A図から第6D図は本発
明の製造方法によりNIPI超格子フォトダイオード・
アレイを作る方法を示した図、第7図はシャドーマスク
の実効高さを減少させるように変形したシャドーマスク
の端部を示した図、第8A図および第8B図は本発明の
製造方法によりバイポーラまたはへテロ構造バイポーラ
トランジスタを作る方法を示した図、第9図は本発明の
製造方法により横縦ヘテロ構造の導波管を作る方法を示
した図である。 出願人 横河叱ニーレット・パッカード株式会社代理人
 弁理士  長 谷 川  次  男FIG  5C FIG  S口 ムY e
FIG. 1 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of a semiconductor device manufactured by the method shown in FIG. 1, and FIG. 3B is an electrical equivalent circuit diagram of the device shown in FIG. 3A, FIG. 4A is a schematic diagram of the semiconductor device shown in FIG. 2, and FIG. 4B is an electrical equivalent circuit diagram of the device shown in FIG. 4A. equivalent circuit diagram,
5A to 5D are diagrams showing other embodiments of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIGS. 6A to 6D are diagrams showing a NIPI superlattice photodiode and a semiconductor device manufactured by the method of the present invention.
7 is a diagram showing the edge of a shadow mask deformed to reduce the effective height of the shadow mask, and FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a method of manufacturing an array according to the manufacturing method of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing a method for manufacturing a bipolar or heterostructure bipolar transistor, and FIG. 9 is a diagram showing a method for manufacturing a waveguide having a horizontal and vertical heterostructure using the manufacturing method of the present invention. Applicant Yokogawa Neylett-Packard Co., Ltd. Agent Patent Attorney Tsuguo HasegawaFIG 5C FIGS Kuchim Y e

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 基板上にエピタキシャル成長層を形成するために、複数
個の方向に沿って複数個の分子線を基板に照射すると共
に、前記複数個の分子線のうちの少なくとも1個の分子
線がエピタキシャル成長される層の少なくとも一部分に
は照射されないようにマスクを使用することを特徴とす
る半導体素子の製造方法。
In order to form an epitaxially grown layer on a substrate, a plurality of molecular beams are irradiated onto the substrate along a plurality of directions, and at least one molecular beam among the plurality of molecular beams is epitaxially grown. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising using a mask so that at least a portion of the semiconductor device is not irradiated.
JP23467687A 1986-09-19 1987-09-18 Manufacture of semiconductor device Pending JPS6387722A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US90973486A 1986-09-19 1986-09-19
US909734 1986-09-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6387722A true JPS6387722A (en) 1988-04-19

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ID=25427738

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JP23467687A Pending JPS6387722A (en) 1986-09-19 1987-09-18 Manufacture of semiconductor device

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS571274A (en) * 1980-06-04 1982-01-06 Agency Of Ind Science & Technol Manufacture of comb-shaped p-n multilayer element

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS571274A (en) * 1980-06-04 1982-01-06 Agency Of Ind Science & Technol Manufacture of comb-shaped p-n multilayer element

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