JP2566661B2 - 不純物拡散方法 - Google Patents
不純物拡散方法Info
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- semiconductor layer
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、不純物拡散方法に関し、特にIII−Ｖ族化
合物半導体に亜鉛元素を固相拡散する方法の改良に関す
るものである。
合物半導体に亜鉛元素を固相拡散する方法の改良に関す
るものである。
化合物半導体を用いて製造されるフォトダイオード，
半導体レーザ等の光デバイスにおいて、重要な技術のひ
とつに不純物拡散技術があり、そしてInP系の半導体材
料に不純物Znを拡散させ、Ｐ型半導体領域を得る方法に
気相拡散法や固相拡散法が用いられている。
半導体レーザ等の光デバイスにおいて、重要な技術のひ
とつに不純物拡散技術があり、そしてInP系の半導体材
料に不純物Znを拡散させ、Ｐ型半導体領域を得る方法に
気相拡散法や固相拡散法が用いられている。
上記気相拡散法は、例えば特開昭63−20878号公報に
示されるように、基板上に拡散防止膜を選択的に形成
し、該基板を拡散不純物とともに真空容器内に封入し、
熱処理により拡散を行う方法であるが、気相拡散法で
は、上記公報にも示されているように、その拡散時の処
理温度が高いため、Zn等の不純物が拡散されるInP系の
半導体材料のＰが飛び出して表面が荒れるという問題が
あり、このＰの飛び出しを防止するため、半導体材料上
に形成したInGaAs等の保護膜の上から不純物の拡散を行
う等の工夫を施している。
示されるように、基板上に拡散防止膜を選択的に形成
し、該基板を拡散不純物とともに真空容器内に封入し、
熱処理により拡散を行う方法であるが、気相拡散法で
は、上記公報にも示されているように、その拡散時の処
理温度が高いため、Zn等の不純物が拡散されるInP系の
半導体材料のＰが飛び出して表面が荒れるという問題が
あり、このＰの飛び出しを防止するため、半導体材料上
に形成したInGaAs等の保護膜の上から不純物の拡散を行
う等の工夫を施している。
また固相拡散法は、拡散しようとする半導体表面に不
純物あるいは不純物を含む化合物等をスパッタあるいは
電子ビーム蒸着法等によって薄膜状に形成し、その膜か
ら半導体中に不純物を供給し拡散させる方法であるが、
例えば特開昭62−98721号公報には、III−Ｖ族化合物半
導体へのZnの固相拡散法では、気相拡散法に比べて同じ
深さの拡散層をより低温の処理により形成することがで
き、特に、GaAs基板表面へのZnの固相拡散では、Zn拡散
領域の表面が鏡面状態のGaAs基板を得ることができるこ
とが示されている。
純物あるいは不純物を含む化合物等をスパッタあるいは
電子ビーム蒸着法等によって薄膜状に形成し、その膜か
ら半導体中に不純物を供給し拡散させる方法であるが、
例えば特開昭62−98721号公報には、III−Ｖ族化合物半
導体へのZnの固相拡散法では、気相拡散法に比べて同じ
深さの拡散層をより低温の処理により形成することがで
き、特に、GaAs基板表面へのZnの固相拡散では、Zn拡散
領域の表面が鏡面状態のGaAs基板を得ることができるこ
とが示されている。
以下、III−Ｖ族化合物半導体であるInP基板にZnを固
相拡散する方法を第２図（ａ）を用いて説明する。
相拡散する方法を第２図（ａ）を用いて説明する。
まず半絶縁性のInP基板１上に拡散源層としてのZnOス
パッタ膜３を1500Å程度の厚さに形成する。続いてSiO2
スパッタ膜４を1000Å程度の厚さに形成する。その後１
気圧程度のN2雰囲気中で550℃で１時間拡散を行う。こ
こでSiO2膜４を形成しているのは、熱処理の際拡散源の
スパッタ膜３からZnが逃げていくのを防止するためであ
る。
パッタ膜３を1500Å程度の厚さに形成する。続いてSiO2
スパッタ膜４を1000Å程度の厚さに形成する。その後１
気圧程度のN2雰囲気中で550℃で１時間拡散を行う。こ
こでSiO2膜４を形成しているのは、熱処理の際拡散源の
スパッタ膜３からZnが逃げていくのを防止するためであ
る。
また第２図（ｂ）はこの固相拡散技術によって、InP
基板１中に不純物Znを拡散させた時のキャリア濃度のデ
プスプロファイルを示している。
基板１中に不純物Znを拡散させた時のキャリア濃度のデ
プスプロファイルを示している。
このプロファイルでは、表面でのキャリア濃度は約10
18cm-3であるが、キャリア濃度は深さ方向に急激に減少
しており、表面から約８μｍの深さで緩やかな濃度勾配
の拡散フロントを持っている。また、拡散後のInP表面
は多数の荒れが観測された。さらに拡散温度を上げ570
℃で拡散を行うと、キャリア濃度は550℃のときとほぼ
同じであり、表面荒れはさらに進行することが認められ
た。
18cm-3であるが、キャリア濃度は深さ方向に急激に減少
しており、表面から約８μｍの深さで緩やかな濃度勾配
の拡散フロントを持っている。また、拡散後のInP表面
は多数の荒れが観測された。さらに拡散温度を上げ570
℃で拡散を行うと、キャリア濃度は550℃のときとほぼ
同じであり、表面荒れはさらに進行することが認められ
た。
従来の固相拡散技術では、気相拡散法に比べて同じ深
さの拡散層をより低温の処理により形成することがで
き、拡散領域表面の熱によるダメージを低減できるとい
う長所があるが、例えばこの固相拡散技術によってInP
中にZnを拡散させる方法では、表面近傍でのみキャリア
濃度が高く、濃度分布は深さ方向に急激に減少する不均
一な分布となり、しかも表面が著しく荒れるというデバ
イス作製用プロセスとしては極めて不都合な問題があっ
た。さらに拡散温度を上げてもキャリア濃度は上がら
ず、1018cm-3以上の高キャリア濃度を得ることは困難で
あった。
さの拡散層をより低温の処理により形成することがで
き、拡散領域表面の熱によるダメージを低減できるとい
う長所があるが、例えばこの固相拡散技術によってInP
中にZnを拡散させる方法では、表面近傍でのみキャリア
濃度が高く、濃度分布は深さ方向に急激に減少する不均
一な分布となり、しかも表面が著しく荒れるというデバ
イス作製用プロセスとしては極めて不都合な問題があっ
た。さらに拡散温度を上げてもキャリア濃度は上がら
ず、1018cm-3以上の高キャリア濃度を得ることは困難で
あった。
本発明は以上のような従来の問題点を解消するために
なされたもので、拡散後の表面荒れを無くし、デバイス
作製用のプロセスとして適用可能にすることができ、ま
た、半導体材料表面部でのキャリア濃度が1018cm-3以上
と高くかつキャリア濃度分布が均一であり、しかも半導
体材料内部での拡散フロントが急峻である拡散デプスプ
ロファイルを得ることができる不純物拡散方法を得るこ
とを目的とする。
なされたもので、拡散後の表面荒れを無くし、デバイス
作製用のプロセスとして適用可能にすることができ、ま
た、半導体材料表面部でのキャリア濃度が1018cm-3以上
と高くかつキャリア濃度分布が均一であり、しかも半導
体材料内部での拡散フロントが急峻である拡散デプスプ
ロファイルを得ることができる不純物拡散方法を得るこ
とを目的とする。
本件発明者は、不純物の固相拡散方法，例えばInP表
面に直接拡散源となるZnO膜を形成し、熱処理によりZn
の拡散を行う方法では、気相拡散法に比べてプロセスが
低温化されているため、熱そのものによる拡散領域表面
のダメージは低減されているものの、拡散中、表面のリ
ン（Ｐ）と亜鉛（Zn）が合金反応を起こしZn3P2が形成
され、この合金化により著しい表面荒れを招き、また上
記合金化がInP中へのZnの拡散の障害となっていること
を見出した。
面に直接拡散源となるZnO膜を形成し、熱処理によりZn
の拡散を行う方法では、気相拡散法に比べてプロセスが
低温化されているため、熱そのものによる拡散領域表面
のダメージは低減されているものの、拡散中、表面のリ
ン（Ｐ）と亜鉛（Zn）が合金反応を起こしZn3P2が形成
され、この合金化により著しい表面荒れを招き、また上
記合金化がInP中へのZnの拡散の障害となっていること
を見出した。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、
本発明に係る不純物拡散方法は、リン（Ｐ）またはアル
ミニウム（Al）を含む化合物半導体からなる第１の半導
体層に不純物として亜鉛（Zn）を拡散する不純物拡散方
法において、上記第１の半導体層の表面にリン（Ｐ）ま
たはアルミニウム（Al）を含まない化合物半導体からな
る第２の半導体層を形成した後、この第２の半導体層の
上に亜鉛（Zn）の拡散源となる薄膜を形成し、この後熱
処理を行って、上記第２の半導体層を介して上記第１の
半導体層に亜鉛（Zn）を拡散するようにしたものであ
る。
本発明に係る不純物拡散方法は、リン（Ｐ）またはアル
ミニウム（Al）を含む化合物半導体からなる第１の半導
体層に不純物として亜鉛（Zn）を拡散する不純物拡散方
法において、上記第１の半導体層の表面にリン（Ｐ）ま
たはアルミニウム（Al）を含まない化合物半導体からな
る第２の半導体層を形成した後、この第２の半導体層の
上に亜鉛（Zn）の拡散源となる薄膜を形成し、この後熱
処理を行って、上記第２の半導体層を介して上記第１の
半導体層に亜鉛（Zn）を拡散するようにしたものであ
る。
本発明においては、ＰまたはAlを含む化合物半導体か
らなる第１の半導体層の表面に、ＰまたはAlを含まない
化合物半導体からなる第２の半導体層を形成した後、こ
の第２の半導体層の上にZnの拡散源となる薄膜を形成
し、上記第２の半導体層を介して上記第１の半導体層に
Znを拡散するようにしており、上記第１の半導体層と接
触する上記第２の半導体層はZnと合金反応を起こすＰ及
びAlを含まないから、この合金反応が大きく抑制され表
面の荒れをなくすことができる。また上記合金反応の抑
制により、不純物（Zn）の上記第１の半導体層への拡散
が促進されることとなり、これによりこの第１の半導体
層表面部でのキャリア濃度を高くかつ均一にでき、さら
に第１の半導体層の内部で急峻な拡散フロントを得るこ
とができる。
らなる第１の半導体層の表面に、ＰまたはAlを含まない
化合物半導体からなる第２の半導体層を形成した後、こ
の第２の半導体層の上にZnの拡散源となる薄膜を形成
し、上記第２の半導体層を介して上記第１の半導体層に
Znを拡散するようにしており、上記第１の半導体層と接
触する上記第２の半導体層はZnと合金反応を起こすＰ及
びAlを含まないから、この合金反応が大きく抑制され表
面の荒れをなくすことができる。また上記合金反応の抑
制により、不純物（Zn）の上記第１の半導体層への拡散
が促進されることとなり、これによりこの第１の半導体
層表面部でのキャリア濃度を高くかつ均一にでき、さら
に第１の半導体層の内部で急峻な拡散フロントを得るこ
とができる。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第１図（ａ）は、本発明の一実施例による不純物拡散
方法を説明するための図であり、図において第２図と同
一符号は同一または相当部分を示し、２は絶縁性のInP
半導体基板１上に形成されたInGaAs層で、該InGaAs層２
上には、拡散源となるZnOスパッタ膜３及びSiO2膜４が
順次形成されている。
方法を説明するための図であり、図において第２図と同
一符号は同一または相当部分を示し、２は絶縁性のInP
半導体基板１上に形成されたInGaAs層で、該InGaAs層２
上には、拡散源となるZnOスパッタ膜３及びSiO2膜４が
順次形成されている。
次に固相拡散方法について説明する。
半絶縁性のInP基板１上に有機金属気相成長法（MOCV
D）あるいは液相成長法（LPE）等によって、InGaAs層２
を厚さ0.8μｍ程度成長する。続いてこのInGaAs層２上
に拡散源となるZnOスパッタ膜３を厚さ1500Å程度成長
し、さらにSiO2スパッタ膜４を厚さ1000Å程度成長す
る。その後、600℃１気圧のN2雰囲気中で１時間拡散を
行う。
D）あるいは液相成長法（LPE）等によって、InGaAs層２
を厚さ0.8μｍ程度成長する。続いてこのInGaAs層２上
に拡散源となるZnOスパッタ膜３を厚さ1500Å程度成長
し、さらにSiO2スパッタ膜４を厚さ1000Å程度成長す
る。その後、600℃１気圧のN2雰囲気中で１時間拡散を
行う。
第１図（ｂ）は上記固相拡散方法によって、InP基板
１中に不純物Znを固相拡散した時のキャリア濃度のデプ
スプロファイルを示しており、横軸にInP基板表面から
の拡散深さ、縦軸にキャリア濃度をとっている。
１中に不純物Znを固相拡散した時のキャリア濃度のデプ
スプロファイルを示しており、横軸にInP基板表面から
の拡散深さ、縦軸にキャリア濃度をとっている。
表面から約８μｍの深さまでキャリア濃度が約２×10
18cm-3の均一な分布をしており、約10μｍの深さで急峻
な拡散フロントが見られる。急峻な拡散フロントはデバ
イス作製上有利となる。さらに拡散後のInP基板１表面
には全くの荒れは見られない。これはInP基板１上にInG
aAs層を挿入したことにより、拡散不純物Znと基板の構
成元素Ｐの合金化が抑えられ、ZnがInP中に拡散し易く
なったためである。
18cm-3の均一な分布をしており、約10μｍの深さで急峻
な拡散フロントが見られる。急峻な拡散フロントはデバ
イス作製上有利となる。さらに拡散後のInP基板１表面
には全くの荒れは見られない。これはInP基板１上にInG
aAs層を挿入したことにより、拡散不純物Znと基板の構
成元素Ｐの合金化が抑えられ、ZnがInP中に拡散し易く
なったためである。
第３図は上記固相拡散技術を用いて製造した半導体レ
ーザを示しており、図中30は半導体レーザで、InP基板3
1上にｎ形InPクラッド層32,InGaAsP活性層33,p形InPク
ラッド層34が順次形成してある。また該InPクラッド層3
4上には、Zn不純物と合金反応するＰを含まないInGaAs
層35が形成してあり、拡散領域36は、該InGaAs層35上に
形成した拡散源層（図示せず）からのZn不純物の拡散に
より形成されている。なお37及び38はそれぞれｐ電極及
びｎ電極である。
ーザを示しており、図中30は半導体レーザで、InP基板3
1上にｎ形InPクラッド層32,InGaAsP活性層33,p形InPク
ラッド層34が順次形成してある。また該InPクラッド層3
4上には、Zn不純物と合金反応するＰを含まないInGaAs
層35が形成してあり、拡散領域36は、該InGaAs層35上に
形成した拡散源層（図示せず）からのZn不純物の拡散に
より形成されている。なお37及び38はそれぞれｐ電極及
びｎ電極である。
この場合、Zn拡散層表面での不純物濃度が高くかつ均
一であるためｐ電極37とInPクラッド層34との間で良好
なオーミックコンタクトをとることができる。
一であるためｐ電極37とInPクラッド層34との間で良好
なオーミックコンタクトをとることができる。
また本実施例の固相拡散法では急峻な拡散フロントが
得られるため、これを半導体レーザの導波路の形成に用
いた場合、光の閉じ込めを効果的に行うことができる。
得られるため、これを半導体レーザの導波路の形成に用
いた場合、光の閉じ込めを効果的に行うことができる。
第４図は上記固相拡散技術を用いて製造したホトダイ
オードを示しており、40はホトダイオードで、InP基板4
1上にｎ形InP層42,n形InGaAs層43,及びｎ形InP層44が形
成してある。また該InP層44上には、Zn不純物と合金反
応するＰを含まないInGaAs層45が形成してあり、拡散領
域46は、該InGaAs層45上に形成した拡散源層（図示せ
ず）からのZn不純物の拡散により形成されている。な
お、47は絶縁膜、48,49は電極である。
オードを示しており、40はホトダイオードで、InP基板4
1上にｎ形InP層42,n形InGaAs層43,及びｎ形InP層44が形
成してある。また該InP層44上には、Zn不純物と合金反
応するＰを含まないInGaAs層45が形成してあり、拡散領
域46は、該InGaAs層45上に形成した拡散源層（図示せ
ず）からのZn不純物の拡散により形成されている。な
お、47は絶縁膜、48,49は電極である。
この場合、不純物濃度が高く均一であることから、良
好なオーミック電極を容易に形成でき、拡散フロントが
急峻であるため、PN接合部の位置を正確に制御すること
ができる。
好なオーミック電極を容易に形成でき、拡散フロントが
急峻であるため、PN接合部の位置を正確に制御すること
ができる。
このように本実施例では、リンを構成元素として含む
InP層表面を、リンを構成元素として含まないInGaAs層
で被覆し、該InGaAs層上に上記不純物Znを含む拡散源Zn
O層を形成し、熱処理によりZnを上記InP層に拡散するよ
うにしたので、InP層と接触する半導体層の不純物濃度
が低くなり、上記合金反応が大きく抑制され、表面の荒
れをなくすことができる。また上記合金反応の抑制によ
り、Zn不純物のInP層への拡散が促進されることとな
り、これにより該InP層表面部でのキャリア濃度を高く
かつ均一にでき、さらにInP層の内部で急峻な拡散フロ
ントを得ることができる。
InP層表面を、リンを構成元素として含まないInGaAs層
で被覆し、該InGaAs層上に上記不純物Znを含む拡散源Zn
O層を形成し、熱処理によりZnを上記InP層に拡散するよ
うにしたので、InP層と接触する半導体層の不純物濃度
が低くなり、上記合金反応が大きく抑制され、表面の荒
れをなくすことができる。また上記合金反応の抑制によ
り、Zn不純物のInP層への拡散が促進されることとな
り、これにより該InP層表面部でのキャリア濃度を高く
かつ均一にでき、さらにInP層の内部で急峻な拡散フロ
ントを得ることができる。
なお、上記実施例ではInP中への拡散について説明し
たが、これはリンを含む三元あるいは四元の化合物半導
体、例えばInGaP,InGaAsP等にも適用できる。要する
に、拡散源層とInP層との間に挿入した層は、その組成
に亜鉛と合金反応するリンを含んでいなければ良く、そ
の膜厚も制限されない。
たが、これはリンを含む三元あるいは四元の化合物半導
体、例えばInGaP,InGaAsP等にも適用できる。要する
に、拡散源層とInP層との間に挿入した層は、その組成
に亜鉛と合金反応するリンを含んでいなければ良く、そ
の膜厚も制限されない。
さらに、Znを拡散する半導体層は、リンを構成元素と
して含む半導体層に限られるものではなく、例えばAlIn
GaAs等のアルミニウムを構成元素とする化合物半導体層
であってもよい。この場合、AlとZnやＯが反応すること
となるので、上記化合物半導体層表面をアルミニウムを
構成元素として含まない半導体層、例えばInGaAs層で被
覆し、その後熱処理を行って拡散する。これにより、上
記反応を抑制することができ、上記実施例と同様の効果
が得られる。
して含む半導体層に限られるものではなく、例えばAlIn
GaAs等のアルミニウムを構成元素とする化合物半導体層
であってもよい。この場合、AlとZnやＯが反応すること
となるので、上記化合物半導体層表面をアルミニウムを
構成元素として含まない半導体層、例えばInGaAs層で被
覆し、その後熱処理を行って拡散する。これにより、上
記反応を抑制することができ、上記実施例と同様の効果
が得られる。
以上のように、本発明に係る不純物拡散方法によれ
ば、ＰまたはAlを含む化合物半導体からなる第１の半導
体層に不純物としてZnを拡散する不純物拡散方法におい
て、上記第１の半導体層の表面にＰまたはAlを含まない
化合物半導体からなる第２の半導体層を形成した後、こ
の第２の半導体層の上にZnの拡散源となる薄膜を形成
し、熱処理を行って、上記第２の半導体層を介して上記
第１の半導体層にZnを拡散するようにしたので、拡散後
の表面荒れが無く1018cm-3以上のキャリア濃度を得るこ
とができるとともに、拡散フロントの急峻なプロファイ
ルを得ることができ、この拡散方法を半導体レーザやフ
ォトダイオード等のデバイスに適用することが可能とな
る。
ば、ＰまたはAlを含む化合物半導体からなる第１の半導
体層に不純物としてZnを拡散する不純物拡散方法におい
て、上記第１の半導体層の表面にＰまたはAlを含まない
化合物半導体からなる第２の半導体層を形成した後、こ
の第２の半導体層の上にZnの拡散源となる薄膜を形成
し、熱処理を行って、上記第２の半導体層を介して上記
第１の半導体層にZnを拡散するようにしたので、拡散後
の表面荒れが無く1018cm-3以上のキャリア濃度を得るこ
とができるとともに、拡散フロントの急峻なプロファイ
ルを得ることができ、この拡散方法を半導体レーザやフ
ォトダイオード等のデバイスに適用することが可能とな
る。
第１図は本発明の一実施例による不純物拡散方法を説明
するための図、第２図は従来の不純物拡散方法を説明す
るための図、第３図及び第４図はそれぞれ本発明の不純
物拡散方法を用いて作製した半導体レーザ及びホトダイ
オードの構造を示す断面図である。 １……InP基板、２……InGaAs層、３……ZnO層、４……
SiO層。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
するための図、第２図は従来の不純物拡散方法を説明す
るための図、第３図及び第４図はそれぞれ本発明の不純
物拡散方法を用いて作製した半導体レーザ及びホトダイ
オードの構造を示す断面図である。 １……InP基板、２……InGaAs層、３……ZnO層、４……
SiO層。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】リン（Ｐ）またはアルミニウム（Al）を含
む化合物半導体からなる第１の半導体層に不純物として
亜鉛（Zn）を拡散する不純物拡散方法において、 リン（Ｐ）またはアルミニウム（Al）を含まない化合物
半導体からなる第２の半導体層を上記第１の半導体層の
表面に形成する第１の工程と、 上記第２の半導体層上に亜鉛（Zn）の拡散源となる薄膜
を形成する第２の工程と、 熱処理を行い、上記第２の半導体層を介して上記第１の
半導体層に亜鉛（Zn）を拡散する第３の工程とを含むこ
とを特徴とする不純物拡散方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2102637A JP2566661B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | 不純物拡散方法 |
| US07/596,542 US5122478A (en) | 1990-04-18 | 1990-10-11 | Impurity diffusion method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2102637A JP2566661B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | 不純物拡散方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042119A JPH042119A (ja) | 1992-01-07 |
| JP2566661B2 true JP2566661B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=14332759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2102637A Expired - Lifetime JP2566661B2 (ja) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | 不純物拡散方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5122478A (ja) |
| JP (1) | JP2566661B2 (ja) |
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Family Cites Families (5)
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1990
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Also Published As
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|---|---|
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