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JP2813711B2 - (III)-(V) Method for diffusing zinc into compound semiconductor crystal - Google Patents

(III)-(V) Method for diffusing zinc into compound semiconductor crystal

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Publication number
JP2813711B2
JP2813711B2 JP1064676A JP6467689A JP2813711B2 JP 2813711 B2 JP2813711 B2 JP 2813711B2 JP 1064676 A JP1064676 A JP 1064676A JP 6467689 A JP6467689 A JP 6467689A JP 2813711 B2 JP2813711 B2 JP 2813711B2
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JP
Japan
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diffusion
reaction tube
compound
semiconductor crystal
temperature
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JP1064676A
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JPH02241030A (en
Inventor
守夫 和田
Original Assignee
光計測技術開発 株式会社
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Publication date
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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、V族元素としてリンを含むIII−V化合物
半導体結晶にIII−V化合物半導体にp形不純物として
亜鉛を拡散させる方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for diffusing zinc as a p-type impurity in a III-V compound semiconductor into a III-V compound semiconductor crystal containing phosphorus as a group V element.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

不純物拡散は半導体素子の製造に不可欠の技術であ
り、In1-xGaxAs1-yPy系の化合物半導体では、その結晶
にp形不純物として亜鉛Znを拡散させることが重要であ
る。特に、表面から数μm以上の深さに不純物を拡散さ
せる場合、例えば光素子の動作層まで不純物を拡散させ
る場合には、イオン注入法を適用することは困難であ
り、熱拡散法が用いられる。
Impurity diffusion is an indispensable technique for manufacturing a semiconductor device, and it is important for an In 1-x Ga x As 1-y Py- based compound semiconductor to diffuse zinc Zn as a p-type impurity in its crystal. In particular, when diffusing impurities to a depth of several μm or more from the surface, for example, when diffusing impurities to the operation layer of an optical element, it is difficult to apply ion implantation, and a thermal diffusion method is used. .

不純物拡散を半導体素子の製造に用いる場合に、一般
に、 (1) 表面損傷がないこと、 (2) 適当な拡散時間での拡散深さの制御性、 (3) 拡散層の深さおよび濃度分布の均一性、 (4) 濃度の制御性、 (5) 拡散フロントの平坦性、 (6) 選択マスク拡散における横方向拡散の制御性な
どが要求される。しかし、これらの要求はIII−V化合
物半導体に対してほとんど未解決である。これについて
は、例えば、生駒俊明監修、松本良成、小川正毅著、
「最新化合物半導体ハンドブック」、No.1、第153頁か
ら第168頁、株式会社サイエンスフォーラム刊に詳し
い。
When impurity diffusion is used in the manufacture of a semiconductor device, generally, (1) no surface damage, (2) controllability of the diffusion depth at an appropriate diffusion time, (3) depth and concentration distribution of the diffusion layer (4) Controllability of concentration, (5) Flatness of diffusion front, (6) Controllability of lateral diffusion in selective mask diffusion. However, these requirements are almost unsatisfactory for III-V compound semiconductors. For example, see Toshiaki Ikoma, Yoshinari Matsumoto, Masatake Ogawa,
The latest compound semiconductor handbook, No. 1, pages 153 to 168, published by Science Forum Co., Ltd.

上述の要求が未解決なのは、III−V化合物半導体固
有の性質によるところが大きい。特に、蒸気圧の高いV
属元素を含むIII−V化合物半導体は、昇温工程でV属
元素の熱分解が激しく、結晶表面に損傷や科学量論比の
ずれが生じる。このため、上述の(1)の要求が特に重
大な問題となる。V属元素がリンPの場合には特に熱分
解が激しい。また、III属元素のインジウムIn、ガリウ
ムGa、アルミニウムAlは低融点金属であり、V属元素が
熱分解で飛散した後の結晶表面に液相となって析出する
傾向がある。
The reason why the above-mentioned requirements have not been solved is largely due to the properties inherent in III-V compound semiconductors. In particular, V with high vapor pressure
In a III-V compound semiconductor containing a group element, the group V element is thermally decomposed intensely in a temperature raising step, so that the crystal surface is damaged and a stoichiometric deviation occurs. Therefore, the above requirement (1) becomes a particularly serious problem. Thermal decomposition is particularly severe when the V element is phosphorus P. Further, indium In, gallium Ga, and aluminum Al, which are Group III elements, are low-melting metals, and tend to precipitate as a liquid phase on the crystal surface after the Group V elements are scattered by thermal decomposition.

このような表面損傷が発生すると、拡散深さや拡散フ
ロントの平坦性などの拡散データを論じる場合にも問題
となり、素子製造工程で発生した場合には、その素子の
特性や信頼性を著しく阻害する。
When such surface damage occurs, it becomes a problem when discussing diffusion data such as the diffusion depth and the flatness of the diffusion front, and when it occurs in the device manufacturing process, the characteristics and reliability of the device are significantly impaired. .

この熱分解に起因する表面損傷の発生を回避して不純
物を均熱系で拡散させるには、一般に、拡散源とIII−
V化合物半導体が準熱平衡系を形成する必要がある。こ
のような条件は、化合物半導体と拡散源とのそれぞれの
構成元素に関する多元相図により決定できる。化合物半
導体と不純物とにより構成される最も単純な系は、三元
相図により記述できるものである。しかし、これらの三
元相図はほとんど未完成であり、GaAsへのZn拡散に関す
るものが知られている程度である。
In order to diffuse impurities in a soaking system while avoiding the occurrence of surface damage due to this thermal decomposition, generally, a diffusion source and a III-
V compound semiconductors need to form a quasi-thermal equilibrium system. Such conditions can be determined by a multi-phase diagram relating to the respective constituent elements of the compound semiconductor and the diffusion source. The simplest system composed of a compound semiconductor and an impurity can be described by a ternary phase diagram. However, these ternary phase diagrams are almost incomplete, and are only known for Zn diffusion into GaAs.

GaAsへのZn拡散については、相図を利用して、制御性
のよい拡散方法が見出されている。この方法について
は、例えば、パニッシュ著、ジャーナル・オブ・エレク
トロケミストリイ・ソサイエティ、第113号(1966
年)、第861頁(M.B.Panish,J.Electrochem.Soc.,113,
p.861,1966)に詳しく説明されている。
Regarding Zn diffusion into GaAs, a diffusion method with good controllability has been found using a phase diagram. This method is described, for example, by Panish, Journal of Electrochemistry Society, No. 113 (1966).
Year 86), p. 861 (MBPanish, J. Electrochem. Soc., 113 ,
p.861, 1966).

三元相図についての知識がこの程度のものであるか
ら、GaAs以外の半導体素子の製造における拡散工程で
は、その拡散条件を経験的に決めている場合が多い。
Since the knowledge of the ternary phase diagram is at this level, in the diffusion step in the manufacture of semiconductor elements other than GaAs, the diffusion conditions are often determined empirically.

拡散方法としては閉管法が一般的である。III−V化
合物の場合には、雰囲気の気体圧力その他の条件を制御
することが困難であるため、Si素子の製造に標準的に用
いられる開管法は一般的に利用されていない。閉管法で
は、相図において系内に液相を含まないように、管内の
気相と固相との構成を選択し、均熱系で不純物を拡散さ
せる。
As a diffusion method, a closed tube method is generally used. In the case of III-V compounds, it is difficult to control the gas pressure of the atmosphere and other conditions, and therefore, the open-tube method that is normally used for the production of Si devices is not generally used. In the closed tube method, a configuration of a gas phase and a solid phase in a tube is selected so that a liquid phase is not included in the system in a phase diagram, and impurities are diffused in a soaking system.

キャセイ他、トランザクションズ・オブ・マテリアル
・ソサイエティ、AIME第242巻(1968年)、第406頁(H.
C.Casey et al.,Tran.Met,Soc.,AIME 242,p.406,1968)
によると、Ga、AsおよびZnをそれぞれ5%、50%および
45%含む拡散源を用いて、表面損傷なしにGaAsへのZn拡
散が行われた。このときの均一性および再現性は良好で
あった。この方法において、拡散条件は、閉管内に封入
される拡散源の量には基本的に依存せず、温度のみで決
定される。このため、制御性に優れている。
Cathay et al., Transactions of Material Society, AIME Vol. 242 (1968), p. 406 (H.
C. Casey et al., Tran. Met, Soc., AIME 242 , p. 406, 1968)
According to Ga, As and Zn, respectively, 5%, 50% and
Zn diffusion into GaAs was performed without surface damage using a diffusion source containing 45%. The uniformity and reproducibility at this time were good. In this method, the diffusion conditions are basically independent of the amount of diffusion source enclosed in the closed tube and are determined only by the temperature. Therefore, the controllability is excellent.

ヤマモト他、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジクス、第19巻(1980年)、第1号、第12
1頁(Y.Yamamoto et al.,Jpn J.Appl.Phys.,Vol.19,No.
1,p.121,1980)には、Zn3As2またはZnAs2と、GaAsまた
はInGaAsとの組合せによるZn拡散法が示されている。ま
た、アンドウ他、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジクス、第20巻(1981年)、第3号、L1
97(H.Audou et al.,Jpn J.Appl.Phys.,Vol.20,No.3,L1
97,1981)には、Zn3P2とInPとの組合せによるZn拡散法
が示されている。これらの方法でも閉管法が採用されて
いる。
Yamamoto et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 19 (1980), No. 1, No. 12
Page 1 (Y. Yamamoto et al., Jpn J. Appl. Phys., Vol. 19, No.
1, p. 121, 1980) shows a Zn diffusion method using a combination of Zn 3 As 2 or ZnAs 2 and GaAs or InGaAs. Ando et al., Japanese Journal of Applied Physics, Volume 20 (1981), Issue 3, L1
97 (H. Audou et al., Jpn J. Appl. Phys., Vol. 20, No. 3, L1
97, 1981) shows a Zn diffusion method using a combination of Zn 3 P 2 and InP. In these methods, the closed tube method is employed.

しかし、閉管法は、拡散層の濃度を選択する自由度は
乏しく、低濃度拡散が困難である。このため、閉管法に
より得られる表面Zn濃度は1020cm-3以上となり、拡散フ
ロント付近でも約1019cm-3と高濃度になってしまう。こ
のような高濃度は、例えば発光ダイオードのpn接合とし
て利用することはできない。
However, in the closed tube method, the degree of freedom in selecting the concentration of the diffusion layer is poor, and it is difficult to perform low concentration diffusion. For this reason, the surface Zn concentration obtained by the closed tube method becomes 10 20 cm −3 or more, and the concentration becomes as high as about 10 19 cm −3 even near the diffusion front. Such a high concentration cannot be used, for example, as a pn junction of a light emitting diode.

また、閉管や閉管内で使用される治具は高純度石英製
であり、拡散工程に使用するために、十分な洗浄、加
熱、高真空引きその他の処理を行って必要な不純物の混
入を避ける必要がある。このため、拡散工程の準備に時
間がかかる欠点があった。また、閉管内を高真空にして
溶着封止し、拡散後にその閉管を壊して開封するため、
使い捨てとなる欠点があった。
In addition, the jig used in the closed tube and the inside of the closed tube is made of high-purity quartz, and in order to use it for the diffusion process, perform sufficient cleaning, heating, high vacuum evacuation, and other processing to avoid contamination with necessary impurities There is a need. For this reason, there is a disadvantage that it takes time to prepare for the diffusion step. In addition, the inside of the closed tube is welded and sealed with a high vacuum, and after the diffusion, the closed tube is broken and opened.
There was a drawback that it became disposable.

このような欠点を解消する方法として、開管法が考え
られる。開管法により化合物半導体結晶へ亜鉛拡散を行
うには、その化合物半導体液晶を反応管内に配置し、こ
の反応管内に有機亜鉛化合物の気体を導入して熱分解す
ることによりZn蒸気を発生させて、そのZnを化合物結晶
に拡散させる。開管法を用いることで、拡散の深さを有
機亜鉛化合物の気体を流した時間と加熱温度とにより制
御でき、拡散濃度を有機亜鉛化合物のモル流量と加熱温
度とにより制御できる。また、開管法は、化合物半導体
結晶を反応管に入れるだけで拡散工程の準備ができるの
で実施が容易であり、エピタキシャル工程と同じ装置で
実施することもできる。
As a method for solving such a drawback, an open tube method can be considered. In order to perform zinc diffusion into a compound semiconductor crystal by the open-tube method, the compound semiconductor liquid crystal is placed in a reaction tube, and a gas of an organic zinc compound is introduced into the reaction tube and thermally decomposed to generate Zn vapor. The Zn is diffused into the compound crystal. By using the open tube method, the diffusion depth can be controlled by the time of flowing the gas of the organic zinc compound and the heating temperature, and the diffusion concentration can be controlled by the molar flow rate of the organic zinc compound and the heating temperature. Further, the open tube method is easy to carry out since the diffusion step can be prepared simply by putting the compound semiconductor crystal into the reaction tube, and can be carried out with the same apparatus as the epitaxial step.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、V族元素としてリンを含むIII−V化合物半
導体結晶に開管法により亜鉛を拡散しようとすると、拡
散源となる有機亜鉛化合物を熱分解するための温度では
化合物半導体結晶からリンが蒸発し、結晶表面に損傷が
発生してしまう。このため、V族元素としてリンを含む
III−V化合物半導体結晶への亜鉛拡散に開管法を利用
することは、これまで一般には行われていなかった。
However, when attempting to diffuse zinc into a III-V compound semiconductor crystal containing phosphorus as a group V element by an open tube method, phosphorus evaporates from the compound semiconductor crystal at a temperature for thermally decomposing an organic zinc compound serving as a diffusion source. Then, the crystal surface is damaged. Therefore, phosphorus is contained as a group V element.
The use of the open tube method for zinc diffusion into III-V compound semiconductor crystals has not been generally performed until now.

本発明が解決しようとする課題は、結晶表面に発生す
る損傷を最小限に抑えながら、V族元素としてリンを含
むIII−V化合物半導体結晶に開管法により亜鉛拡散を
行う方法を提供することである。
The problem to be solved by the present invention is to provide a method of performing zinc diffusion by an open-tube method on a III-V compound semiconductor crystal containing phosphorus as a group V element while minimizing damage occurring on the crystal surface. It is.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明が講じた手段は、V族元素としてリンを含むII
I族元素とV族元素との化合物半導体結晶を反応管内で
加熱し、この反応管内に有機亜鉛化合物の気体を導入し
てその有機亜鉛化合物を熱分解させることにより上記半
導体結晶に亜鉛を拡散させるIII−V化合物半導体結晶
への亜鉛拡散方法において、上記半導体結晶の温度が20
0℃程度を越えたら反応管内にPH3を含む気体を流し、PH
3を含む気体を流しながら上記半導体結晶をさらに加熱
してあらかじめ定められた温度に達したら、PH3を含む
気体に加え有機亜鉛化合物の気体を反応管内に導入して
その有機亜鉛化合物の熱分解を行い、反応管内への有機
亜鉛化合物の気体の導入を止めて熱分解を終了した後、
上記半導体結晶の温度が200℃程度に再び低下するま
で、PH3を含む気体を反応管内に流し続けることであ
る。
The measures taken by the present invention include the use of phosphorus as a group V element II
A compound semiconductor crystal of a group I element and a group V element is heated in a reaction tube, a gas of an organic zinc compound is introduced into the reaction tube, and the organic zinc compound is thermally decomposed to diffuse zinc into the semiconductor crystal. In the method of diffusing zinc into a III-V compound semiconductor crystal, the temperature of the semiconductor crystal is 20
When the temperature exceeds about 0 ° C, flow gas containing PH 3 into the reaction tube,
When the semiconductor crystal is further heated while flowing a gas containing 3 to reach a predetermined temperature, a gas of an organic zinc compound is introduced into the reaction tube in addition to the gas containing PH 3 to thermally decompose the organic zinc compound. After stopping the introduction of the gas of the organozinc compound into the reaction tube and terminating the thermal decomposition,
To keep the gas containing PH 3 flowing into the reaction tube until the temperature of the semiconductor crystal drops to about 200 ° C. again.

PH3の圧力はリンの蒸気圧と同程度、またはそれ以上
に設定する。
The pressure of PH 3 is set to be equal to or higher than the vapor pressure of phosphorus.

III−V化合物半導体結晶がリンとヒ素とを含む場
合、例えばAlGaAsP系の場合には、PH3とAsH3との双方を
用いることがよい。
When the III-V compound semiconductor crystal contains phosphorus and arsenic, for example, in the case of an AlGaAsP system, it is preferable to use both PH 3 and AsH 3 .

有機亜鉛化合物としては、ジエチル亜鉛(DEZ)また
はジメチル亜鉛(DMZ)を用いる。
As the organic zinc compound, diethyl zinc (DEZ) or dimethyl zinc (DMZ) is used.

〔作 用〕(Operation)

V族元素としてリンを含むIII−V化合物半導体結晶
からのリンの飛散による結晶表面の損傷を防止するため
に、反応管内にPH3を含む気体を導入する。PH3の熱分解
は200℃付近から始まり、それより高い温度であれば化
合物半導体結晶にリンを供給できる。その一方で、結晶
からのリンの蒸発は400℃以上で激しくなるが、それよ
り低温でも起こり、放置時間が長くなればリンの蒸発量
が増加する。そこで、200℃程度からPH3を導入し、それ
より高い温度での亜鉛拡散の間、およびその後に化合物
半導体結晶が200℃程度になるまで、PH3を流し続ける。
これにより、結晶表面の熱分解による損傷を最小に抑え
ることができる。
To prevent damage to the crystal surface by phosphorus scattering of III-V compound semiconductor crystal containing phosphorus as a group V element, introducing a gas containing PH 3 into the reaction tube. The thermal decomposition of PH 3 starts at around 200 ° C., and at a higher temperature, phosphorus can be supplied to the compound semiconductor crystal. On the other hand, the evaporation of phosphorus from the crystal becomes intense at 400 ° C. or higher, but occurs even at a lower temperature, and the longer the standing time, the greater the amount of phosphorus evaporation. Therefore, PH 3 is introduced from about 200 ° C., and PH 3 is kept flowing during zinc diffusion at a higher temperature and thereafter until the compound semiconductor crystal reaches about 200 ° C.
Thereby, damage due to thermal decomposition of the crystal surface can be minimized.

また、PH3と混合された有機亜鉛化合物は、熱分解に
よりZn蒸気を発生し、これが化合物半導体結晶内に拡散
する。拡散の深さは、有機亜鉛化合物の気体を流した時
間と加熱温度とにより制御される。拡散濃度は、有機亜
鉛化合物のモル流量と、加熱温度とにより制御される。
拡散源が気体のため固体の拡散源を使用した場合のよう
な拡散濃度の急勾配は発生せず、拡散濃度の均一性が高
く、また、拡散の深さおよび拡散濃度の再現性も優れて
いる。
The organic zinc compound mixed with PH 3 is a Zn vapor generated by thermal decomposition, which is diffused into a compound semiconductor crystal. The diffusion depth is controlled by the time of flowing the gas of the organozinc compound and the heating temperature. The diffusion concentration is controlled by the molar flow rate of the organozinc compound and the heating temperature.
Since the diffusion source is a gas, there is no steep gradient of the diffusion concentration unlike the case of using a solid diffusion source, and the uniformity of the diffusion concentration is high, and the diffusion depth and the reproducibility of the diffusion concentration are excellent. I have.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明を実施する拡散装置の構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of a diffusion device embodying the present invention.

反応管1には、開閉バルブ2−1および流量計3−1
を経由してアルシンAsH3が導入され、開閉バルブ2−2
および流量計3−2を経由してジメチル亜鉛が導入さ
れ、開閉バルブ2−3および流量計3−3を経由して窒
素N2が導入され、開閉バルブ2−4および流量計3−4
を経由して水素H2が導入され、開閉バルブ2−5および
流量計3−5を経由してホスフィンPH3が導入される。
開閉バルブ2−3、2−4からそれぞれ導入される窒素
N2、水素H2は希釈のためのものである。
The reaction tube 1 has an on-off valve 2-1 and a flow meter 3-1.
Arsine AsH 3 is introduced via the
And dimethyl zinc is introduced via a flow meter 3-2, nitrogen N 2 is introduced via an on-off valve 2-3 and a flow meter 3-3, and an on-off valve 2-4 and a flow meter 3-4 are introduced.
Hydrogen H 2 via the introduction of, phosphine PH 3 is introduced via the opening and closing valve 2-5 and the flow meter 3-5.
Nitrogen introduced from opening / closing valves 2-3 and 2-4, respectively
N 2 and hydrogen H 2 are for dilution.

反応管1の排気は、反応管1内を減圧する場合には排
気ポンプ4を経由して、反応管1内を常圧にする場合に
はバルブ5を経由して、除害装置に送られる。
The exhaust gas from the reaction tube 1 is sent to the abatement apparatus via the exhaust pump 4 when the pressure inside the reaction tube 1 is reduced, and via the valve 5 when the pressure inside the reaction tube 1 is reduced to normal pressure. .

反応管1内にはサセプタ6が配置され、このサセプタ
6の上にIII−V化合物半導体結晶基板7が載置され
る。サセプタ6としては、例えばSiCで表面を覆ったカ
ーボングラファイトの板が用いられる。結晶基板7は、
反応管1内に導入された気体がその表面を層流状態で均
一に流れるように配置される。この配置については、昭
和61年6月15日、株式会社サイエンスフォーラム発行の
森芳文、冷水佐壽編集、森芳文著、「エピタキシャル成
長技術実用データ集、第1集、MBEとMOCVD、第1分冊、
MOCVD」、第33頁から第36頁に詳しく説明されている。
A susceptor 6 is disposed in the reaction tube 1, and a III-V compound semiconductor crystal substrate 7 is mounted on the susceptor 6. As the susceptor 6, for example, a carbon graphite plate whose surface is covered with SiC is used. The crystal substrate 7
The gas introduced into the reaction tube 1 is arranged so as to flow uniformly on its surface in a laminar flow state. About this arrangement, Yoshifumi Mori, edited by Sasumi Cold Water and Yoshifumi Mori, published by Science Forum Inc. on June 15, 1986, "Epitaxial Growth Technology Data Collection, Vol. 1, MBE and MOCVD, Vol. 1,
MOCVD ", pages 33-36.

反応管1の周囲には高周波コイル8が配置される。こ
の高周波コイル8は、高周波加熱によりサセプタ6を加
熱し、これにより結晶基板7の温度を制御する。
A high frequency coil 8 is arranged around the reaction tube 1. The high-frequency coil 8 heats the susceptor 6 by high-frequency heating, thereby controlling the temperature of the crystal substrate 7.

ここで、結晶基板7としてInP基板を用い、これにZn
を拡散させる場合を例に説明する。
Here, an InP substrate is used as the crystal substrate 7 and Zn
Will be described as an example.

第2図は結晶基板7の温度とPH3およびジメチル亜鉛
の流量との関係を示す。
FIG. 2 shows the relationship between the temperature of the crystal substrate 7 and the flow rates of PH 3 and dimethyl zinc.

まず、サセプタ6上に載置されたInP基板を高周波加
熱により第2図に示すように昇温させる。この昇温途中
で基板表面の熱分解による損傷が発生しないように、基
板が200℃程度になった時点でPH3を流し始める。拡散設
定温度Tで基板が均熱状態になった後にジメチル亜鉛を
流し、拡散を開始する。ジメチル亜鉛は、基板上で熱分
解し、Znの拡散源となる。
First, the InP substrate placed on the susceptor 6 is heated by high frequency heating as shown in FIG. In order to prevent the substrate surface from being damaged by thermal decomposition during the heating, PH 3 is started to flow when the substrate temperature reaches about 200 ° C. After the substrate is in a uniform temperature state at the diffusion set temperature T, dimethyl zinc is flowed to start diffusion. Dimethyl zinc is thermally decomposed on the substrate and becomes a diffusion source of Zn.

この反応については、フィラードソン、ビアー編集、
ラゼギ著、「セミコンダクターズ・アンド・セミメタル
ズ、ライトウェイブ・コミュニケイションズ・テクノロ
ジイ」、第22巻、パートA、1985年、第299頁から第375
頁、アカデミック・プレス社刊(M.Razeghi,“Semicond
uctors and Semimetals,Lightwave Communications Tec
hnology",Vol.22,Part A,Edit.by R.K.Willardson and
A.Beer,pp.299−375,1985,Academic Press Inc.)に詳
しく説明されている。
For this reaction, see Fillardson, Beer Editing,
Lazegi, "Semiconductors and Semimetals, Lightwave Communications Technologies," Vol. 22, Part A, 1985, pp. 299-375.
Page, Academic Press (M. Razeghi, “Semicond
uctors and Semimetals, Lightwave Communications Tec
hnology ", Vol.22, Part A, Edit.by RKWillardson and
A. Beer, pp. 299-375, 1985, Academic Press Inc.).

拡散時間t2の後にジメチル亜鉛の流れを止め、同時に
加熱を止めて温度を降下させる。基板の温度が表面損傷
の発生しなくなる200℃程度に低下した時点で、PH3の流
れを止める。
Stopping the flow of dimethylzinc after diffusion time t 2, the temperature is reduced by stopping the heating at the same time. When the temperature of the substrate drops to about 200 ° C. at which no surface damage occurs, the flow of PH 3 is stopped.

Znの拡散濃度および拡散深さは、基板温度、ジメチル
亜鉛の濃度およびその流量によって制御される。
The diffusion concentration and the diffusion depth of Zn are controlled by the substrate temperature, the concentration of dimethyl zinc, and its flow rate.

第3図はZn拡散後のキャリア濃度の測定例を示す。こ
の図は、アンドープInP基板の500℃でそれぞれ拡散時間
60分、30分間にわたりZnを拡散した試料について、p形
相のキャリア濃度Nを表面から深さ方向xに測定したも
のである。この測定は、バイオラッド・セミコンダクタ
・メジャメント・システムズ(BIO−RAD Semiconductor
Measurment Systems)社製ポーラロン・プロファイラ
(Polaron Profiler)(日本国内では、日本バイオラッ
ドラボラトリーズから販売されている)により測定した
ものである。
FIG. 3 shows an example of measuring the carrier concentration after Zn diffusion. This figure shows the diffusion time of each undoped InP substrate at 500 ° C.
For the sample in which Zn was diffused for 60 minutes and 30 minutes, the carrier concentration N of the p-type phase was measured in the depth direction x from the surface. This measurement is based on Bio-Rad Semiconductor Measurement Systems (BIO-RAD Semiconductor
It was measured by Polaron Profiler (available in Japan from Japan Bio-Rad Laboratories).

この試料を作成するために反応管1に導入された気体
の流量は、H2とN2との全流量が流量比1:1で4.8/秒、
H2で濃度20%に希釈したPH3が0.17/秒、Heで濃度150
0ppmに希釈したジメチル亜鉛が0.1/秒であった。基
板の表面損傷はなく鏡面が保たれた。
The flow rate of the gas introduced into the reaction tube 1 for preparing this sample was such that the total flow rate of H 2 and N 2 was 4.8 / sec at a flow rate ratio of 1: 1.
PH 3 diluted to a concentration of 20% with H 2 0.17 / sec, density 150 He
Dimethyl zinc diluted to 0 ppm was 0.1 / sec. The surface of the substrate was not damaged and the mirror surface was maintained.

この測定例では、従来の閉管法では困難であった1018
cm-3以下で制御できることを示している。
In this measurement example, it has been difficult in the conventional closed tube method 10 18
It shows that control can be performed at cm -3 or less.

第4図は第3図の測定例から得られる拡散深さと拡散
時間との関係を示す。拡散深さは、拡散時間t(第2図
におけるt2)の平方根に比例して増加し、通常の閉管法
その他におけるInP結晶内のZn拡散現象であることを示
している。
FIG. 4 shows the relationship between the diffusion depth and the diffusion time obtained from the measurement example of FIG. The diffusion depth increases in proportion to the square root of the diffusion time t (t 2 in FIG. 2 ), indicating that this is a Zn diffusion phenomenon in the InP crystal in a normal closed tube method or the like.

なお、AsとPとを含む混晶基板に拡散させる場合に
は、PH3とAsH3との双方を反応管1に導入する。ジメチ
ル亜鉛の代わりにジエチル亜鉛を使用することもでき、
二つを混合して使用することもできる。
When diffusing into a mixed crystal substrate containing As and P, both PH 3 and AsH 3 are introduced into the reaction tube 1. Diethyl zinc can be used instead of dimethyl zinc,
It is also possible to use a mixture of the two.

第5図は拡散装置の別の例を示す。 FIG. 5 shows another example of the diffusion device.

この装置は、ジメチル亜鉛またはジエチル亜鉛を恒温
槽10で温度調節された容器に入れ、バブリングして反応
管1に供給する。
In this apparatus, dimethylzinc or diethylzinc is put in a container whose temperature is controlled in a thermostat 10, and is supplied to the reaction tube 1 by bubbling.

すなわち、第1図に示した装置におけるジメチル亜鉛
用の開閉バルブ2−2および流量系3−2の代わりに、
H2用またはN2用の開閉バルブ2−6、2−7および流量
計3−6、3−7を備える。
That is, instead of the on-off valve 2-2 and the flow system 3-2 for dimethyl zinc in the apparatus shown in FIG.
It comprises a closing valve 2-6 and 2-7 and the flow meter 3-6,3-7 for H 2 or N for 2.

開閉バルブ2−6および流量計3−6を通過したH2
たはN2は、恒温槽10で温度調節された容器に入れられた
ジメチル亜鉛またはジエチル亜鉛をバブリングし、バル
ブ11を介して反応管1に導入される。開閉バルブ2−7
および流量計3−7を通過したH2またはN2は、そのまま
反応管1に導入される。
The H 2 or N 2 that has passed through the opening / closing valve 2-6 and the flow meter 3-6 bubbling dimethyl zinc or diethyl zinc contained in a container temperature-controlled in the thermostat 10, and the reaction tube through the valve 11. Introduced in 1. Open / close valve 2-7
And H 2 or N 2 passed through the flow meter 3-7 is introduced directly into the reaction tube 1.

この装置では、制御された温度でバブリングするため
ジメチル亜鉛またはジエチル亜鉛の濃度を高精度に制御
できる。
In this apparatus, since the bubbling is performed at a controlled temperature, the concentration of dimethylzinc or diethylzinc can be controlled with high precision.

第1図に示した拡散装置または第5図に示した拡散装
置において、流量計3−1〜3−7の代わりにマスフロ
ーコントローラを用いることもできる。
In the diffusion device shown in FIG. 1 or the diffusion device shown in FIG. 5, a mass flow controller can be used instead of the flow meters 3-1 to 3-7.

第6図は、結晶基板7の温度とPH3およびジメチル亜
鉛との関係について、第2図とは別の例を示す。
Figure 6 is the relationship between temperature and PH 3 and dimethylzinc crystal substrate 7 illustrates another example the second FIG.

第2図に示した例ではZnの供給を停止すると同時に温
度を降下させた。これにより、キャリア濃度が拡散フロ
ントで深さ方向に急激に変化するZn分布を得た。これに
対して第6図の例では、Znの供給を停止した後も高い温
度TDで一定時間t3だけ保つことにより、キャリア濃度の
深さ方向に対する分布を緩やかに変化させることができ
る。
In the example shown in FIG. 2, the supply of Zn was stopped and the temperature was lowered at the same time. As a result, a Zn distribution in which the carrier concentration rapidly changes in the depth direction at the diffusion front was obtained. In the example of FIG. 6 contrast, by keeping for a certain time t 3 at high temperatures T D after stopping the supply of Zn, it is possible to gradually change the distribution in the depth direction of the carrier concentration.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、V族元素としてリンを含むIII−V
化合物半導体結晶に開管法により亜鉛を拡散するとき
に、200℃程度からPH3を導入し、それより高い温度での
亜鉛拡散の間、およびその後に半導体結晶が200℃程度
になるまでPH3を流し続けることにより、リンの飛散に
よる結晶表面の損傷を最小に抑えることがでる。したが
って、リンを含むIII−V化合物半導体結晶への亜鉛拡
散に開管法を利用することが実用的に可能となる。
According to the present invention, III-V containing phosphorus as a group V element
When diffusing zinc compound semiconductor crystal by open tube method, by introducing PH 3 from about 200 ° C., PH 3 to between zinc diffusion at higher temperatures, and then the semiconductor crystal is about 200 ° C. By continuing the flow, damage to the crystal surface due to the scattering of phosphorus can be minimized. Therefore, it becomes practically possible to utilize the open-tube method for zinc diffusion into the III-V compound semiconductor crystal containing phosphorus.

本発明は、特に、動作層が表面から数μm以上の深さ
に形成される光素子の製造において、実用的な価値が高
い。
The present invention has a high practical value particularly in the production of an optical element in which the operation layer is formed at a depth of several μm or more from the surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明を実施する拡散装置の構成を示す図。 第2図は結晶基板の温度とPH3およびジメチル亜鉛の流
量との関係を示す図。 第3図はZn拡散後のキャリア濃度の測定例を示す図。 第4図は拡散深さと拡散時間との関係を示す図。 第5図は拡散装置の別の例を示す図。 第6図は結晶基板の温度とPH3およびジメチル亜鉛の流
量との関係を示す図。 1……反応管、2−1〜2−7……開閉バルブ、3−1
〜3−7……流量計、4……排気ポンプ、5、11……バ
ルブ、6……サセプタ、7……結晶基板、8……高周波
コイル、10……恒温槽。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a diffusion device embodying the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the temperature of the crystal substrate and the flow rates of PH 3 and dimethyl zinc. FIG. 3 is a diagram showing a measurement example of a carrier concentration after Zn diffusion. FIG. 4 is a diagram showing a relationship between diffusion depth and diffusion time. FIG. 5 is a diagram showing another example of the diffusion device. Figure 6 is a diagram showing the relation between flow temperature and PH 3 and dimethylzinc crystal substrate. 1 .... reaction tube, 2-1 to 2-7 ... open / close valve, 3-1
3-7: Flow meter, 4: Exhaust pump, 5, 11: Valve, 6: Susceptor, 7: Crystal substrate, 8: High frequency coil, 10: Constant temperature bath.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】V族元素としてリンを含むIII族元素とV
族元素との化合物半導体結晶を反応管内で加熱し、 この反応管内に有機亜鉛化合物の気体を導入してその有
機亜鉛化合物を熱分解させることにより上記半導体結晶
に亜鉛を拡散させる III−V化合物半導体結晶への亜鉛拡散方法において、 上記半導体結晶の温度が200℃程度を越えたら上記反応
管内にPH3を含む気体を流し、 PH3を含む気体を流しながら上記半導体結晶をさらに加
熱してあらかじめ定められた温度に達したら、PH3を含
む気体に加え有機亜鉛化合物の気体を上記反応管内に導
入してその有機亜鉛化合物の熱分解を行い、 上記反応管内への有機亜鉛化合物の気体の導入を止めて
熱分解を終了した後、上記半導体結晶の温度が200℃程
度に再び低下するまで、PH3を含む気体を上記反応管内
に流し続ける ことを特徴とするIII−V化合物半導体結晶への亜鉛拡
散方法。
1. A group III element containing phosphorus as a group V element and V
III-V compound semiconductor in which a compound semiconductor crystal with a group III element is heated in a reaction tube, a gas of an organic zinc compound is introduced into the reaction tube, and the organic zinc compound is thermally decomposed to diffuse zinc into the semiconductor crystal. In the method of diffusing zinc into a crystal, when the temperature of the semiconductor crystal exceeds about 200 ° C., a gas containing PH 3 is flowed into the reaction tube, and the semiconductor crystal is further heated while flowing a gas containing PH 3 to determine the temperature in advance. When the temperature reached, the gas of the organic zinc compound in addition to the gas containing PH 3 was introduced into the reaction tube to thermally decompose the organic zinc compound, and the introduction of the gas of the organic zinc compound into the reaction tube was started. after completion of the thermal decomposition is stopped, the up to a temperature of the semiconductor crystal is reduced again to about 200 ° C., III-V compound semi a gas containing PH 3, characterized in that continuing to flow into the reaction tube A method for diffusing zinc into conductor crystals.
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