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JPS5850408B2 - How to use hand-held equipment - Google Patents
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JPS5850408B2 - How to use hand-held equipment - Google Patents

How to use hand-held equipment

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Publication number
JPS5850408B2
JPS5850408B2 JP50128756A JP12875675A JPS5850408B2 JP S5850408 B2 JPS5850408 B2 JP S5850408B2 JP 50128756 A JP50128756 A JP 50128756A JP 12875675 A JP12875675 A JP 12875675A JP S5850408 B2 JPS5850408 B2 JP S5850408B2
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JP
Japan
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heat treatment
implantation
epitaxial growth
annealing
dose
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Expired
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JP50128756A
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勇 赤崎
芳正 大木
幸雄 豊田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、■=■族化合物半導体エピタキシャル成長層
に、その母体構成元素の一方の原子を、イオン打込み法
により導入し、結晶を良質化させるようにした半導体結
晶の結晶性向上方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a semiconductor crystal in which an atom of one of the parent constituent elements is introduced into a ■=■ group compound semiconductor epitaxially grown layer by ion implantation to improve the quality of the crystal. It concerns methods for improving sex.

従来、I −V族化合物半導体の発光ダイオードなどは
、基板結晶の結晶性が悪いという理由から、基板結晶に
直接ダイオードを構成せずに、液相または気相でのエピ
タキシャル成長を行い、この間に、不純物のドーピング
及び拡散を行うことによって、この成長層にp −u接
合を形成している。
Conventionally, light emitting diodes made of I-V compound semiconductors are grown epitaxially in a liquid phase or gas phase without directly forming a diode on a substrate crystal because of the poor crystallinity of the substrate crystal. A p-u junction is formed in this grown layer by doping and diffusing impurities.

しかしながら、このように形成したダイオード素子であ
っても、多くの場合、その効率は、理論上予測される値
よりも、はるかに低い。
However, even with diode elements formed in this manner, the efficiency is often much lower than the theoretically predicted value.

この原因は、エピタキシャル成長時に混入する不純物(
炭素、ケイ素、酸素、その他)と、成長反応時の化学平
衡の点から生ずる、ストイキオメトリ−のずれによる空
孔あるいは転位の存在、及びそれらからなる錯体の存在
である。
The cause of this is impurities (
(carbon, silicon, oxygen, etc.), the presence of vacancies or dislocations due to stoichiometry deviations caused by the chemical equilibrium during the growth reaction, and the presence of complexes consisting of these.

これらが、それぞれどの程度の割合で効いているかは、
必らずしも明らかでないが、素子能動に有害な不純物、
空孔及びそれらの錯体の存在が素子の効率低下をもたら
していることは明らかである。
To what extent are each of these effective?
Although it is not always obvious, impurities that are harmful to device activity,
It is clear that the presence of vacancies and their complexes leads to a decrease in the efficiency of the device.

この問題の解決方法としてエピタキシャル成長技術の改
良により、不純物の混入をなくシ、また空孔及び転位の
密度を減少せしめればよい。
A solution to this problem is to improve epitaxial growth techniques to eliminate the inclusion of impurities and reduce the density of vacancies and dislocations.

また不純物と空孔による錯体は、このどちらかを取り除
けばよいことは当然である。
Furthermore, it goes without saying that in the case of a complex formed by impurities and vacancies, it is only necessary to remove one of them.

そこで不純物の混入については、使用する原材料(Ga
Pの場合ではガリウム、塩化燐など)の純度、使用治具
の選択と、成長時における物理的条件の設定などの技術
的要因における改良によらねばならない。
Therefore, regarding the contamination of impurities, the raw materials used (Ga
In the case of P, improvements must be made in technical factors such as the purity of gallium, phosphorous chloride, etc.), selection of the jig used, and setting of physical conditions during growth.

一方、空孔及び転位については、前と同様エピタキシャ
ル成長時の化学的条件(温度、組成濃度比、圧力、構造
や方式、その他)の工夫による化学平衡点の制御、及び
基板結晶の選択に改良点が求められるが、それとは別に
、エピタキシャル成長時でなく、成長層形後の熱処理や
その他の方法がある。
On the other hand, regarding vacancies and dislocations, as before, improvements were made in controlling the chemical equilibrium point by modifying the chemical conditions (temperature, composition concentration ratio, pressure, structure and method, etc.) during epitaxial growth, and in selecting the substrate crystal. Apart from this, there are other methods such as heat treatment after the growth layer is formed, not during epitaxial growth.

本発明は、母体構成元素の一方の原子をイオン打込み法
により導入し、母体結晶の解離を防ぎ、かつ打込まれた
イオンの結晶外への拡散を妨ぐ為CVD法などによりS
iO2,At203などの絶縁物を保護膜として形成し
た後母体結晶の格子点位置に、それらを配位せしめ、か
つ適当な拡散を行わしめるよう、不活性ガス、窒素ガス
、水素ガスあるいはそれらの混合ガスなどの中で十分高
温(80000〜1000°C)での熱処理を施すこと
によって、結晶を良質化せしめる方法を提供するもので
ある。
In the present invention, one atom of the host constituent element is introduced by ion implantation, and in order to prevent dissociation of the host crystal and to prevent the implanted ions from diffusing outside the crystal, S
After forming an insulator such as iO2 or At203 as a protective film, inert gas, nitrogen gas, hydrogen gas, or a mixture thereof is used to coordinate the insulators to the lattice points of the host crystal and to perform appropriate diffusion. The present invention provides a method of improving the quality of crystals by performing heat treatment at a sufficiently high temperature (80,000 to 1,000°C) in a gas or the like.

なお結晶性の良否の判断はフォトルミネッセンス・スペ
クトルの観測により行なった。
The quality of crystallinity was determined by observing photoluminescence spectra.

イオン打込み後の熱処理効果について以下のようなこと
が知られている。
The following is known about the effects of heat treatment after ion implantation.

例えば、GaPへのイオン打込みの場合、アクセプター
となる不純物の亜鉛(Zn)打込みに関しては、700
℃以上のアニール温度で活性化し、アニール時間により
拡散の制御ができる。
For example, in the case of ion implantation into GaP, the implantation rate of zinc (Zn) as an acceptor impurity is 700
It is activated at an annealing temperature of ℃ or higher, and diffusion can be controlled by adjusting the annealing time.

また、窒素の打込みでは、打込みにより導入した窒素を
燐格子点へ配位させ、アイソエレクトロニックトラップ
として活性化せしめるには、950’C−11000C
の高温度のアニルが必要であることが分っている。
In addition, in the case of nitrogen implantation, in order to coordinate the nitrogen introduced by implantation to phosphorus lattice points and activate it as an isoelectronic trap, 950'C-11000C is required.
It has been found that high temperature anilization is required.

本発明の場合について、イオン打込み後の熱処理及び、
その効果を以下実施例において詳述する。
Regarding the case of the present invention, heat treatment after ion implantation and
The effects will be explained in detail in Examples below.

(実施例) 本発明において、エピタキシャル成長層の結晶性を良く
するために、母体構成元素である燐をGaP気相エピタ
キシャル成長層に打込む例を示す。
(Example) In the present invention, an example will be shown in which phosphorus, which is a host constituent element, is implanted into a GaP vapor phase epitaxial growth layer in order to improve the crystallinity of the epitaxial growth layer.

第1図aに示すように、GaP基板1上の気相エピタキ
シャル成長層2に、加速エネルギー20Ke■〜200
Ke■の燐のイオンビーム3の照射により、イオン打込
みする。
As shown in FIG. 1a, an acceleration energy of 20Ke to 200
Ions are implanted by irradiation with a phosphorus ion beam 3 of Ke■.

ドーズ量は5×1012/cr?L〜1〜1014/c
fILである。
Is the dose 5×1012/cr? L~1~1014/c
It is fIL.

その後、第1図すに示すように、CVDなとの方法によ
り、シリコン酸化膜(S102)4で覆い、水素10%
と窒素90%との混合ガス雰囲気中で、soo’c〜1
000℃の温度で30分熱処理を施す。
Thereafter, as shown in Figure 1, it is covered with a silicon oxide film (S102) 4 using a method such as CVD, and hydrogen
in a mixed gas atmosphere of 90% nitrogen and soo'c~1
Heat treatment is performed at a temperature of 000° C. for 30 minutes.

なおS io 2膜の厚さは800人〜3000人くら
いが適当である。
Note that the appropriate thickness of the S io 2 film is about 800 to 3000 people.

第2図、第3図に示すGaPへの燐イオン打込み効果は
、アルゴンレーザー励起による常温でのフォトルミネッ
センス・スペクトルの観測から調べたものである。
The effect of phosphorus ion implantation into GaP shown in FIGS. 2 and 3 was investigated by observing photoluminescence spectra at room temperature using argon laser excitation.

イオン打込み効果として、打込み試料のフォトルミネッ
センスのピーク強度の未注入試料のそれに対する比の値
Yで表わす。
The ion implantation effect is expressed as the ratio Y of the peak intensity of photoluminescence of the implanted sample to that of the unimplanted sample.

第2図、第3図のそれぞれは、熱処理条件及び打込み条
件によるこの比の値のYの依存性を調べたものである。
Each of FIGS. 2 and 3 is an investigation of the dependence of the value of this ratio on Y on heat treatment conditions and implantation conditions.

図の横軸は、第2図において熱処理条件(アニール温度
及び時間)、第3図では打込み条件(打込みエネルギー
及びドーズ量)である。
The horizontal axis of the figure is the heat treatment conditions (annealing temperature and time) in FIG. 2, and the implantation conditions (implantation energy and dose) in FIG.

また900℃までの温度での単なる熱処理のみを施した
試料(未注入試料)のピーク強度は、一定であることが
、確められている。
It has also been confirmed that the peak intensity of samples subjected to mere heat treatment at temperatures up to 900° C. (uninjected samples) is constant.

なお、第2図、第3図での比の値Y=1の点線は、比の
値Yが、これ以上であれは燐打込みの効果が現われてい
ることを意味するものである。
In addition, the dotted line at the ratio value Y=1 in FIGS. 2 and 3 means that if the ratio value Y is greater than this, the effect of phosphorus implantation appears.

第2図aは、GaP基板に打込みエネルギー50KeV
、ドーズ量1×1013/−で燐イオンを打込み、30
分アニールしたものについて、前記の比の値Yのアニー
ル温度、依存性を示すものである。
Figure 2a shows the implantation energy of 50KeV into the GaP substrate.
, phosphorus ions were implanted at a dose of 1 x 1013/-, 30
The graph shows the dependence of the ratio value Y on the annealing temperature for those annealed for minutes.

これによると、450℃のアニールでイオン打込みによ
る損傷が、はぼ回復し、その後、若干の逆アニール現象
を示し、soo’c〜1000’Cのアニールで比の値
Yが、1以上となり燐イオン打込み後の熱処理効果がみ
られる。
According to this, the damage caused by ion implantation was almost recovered by annealing at 450°C, and then a slight reverse annealing phenomenon occurred, and by annealing at soo'c to 1000'C, the ratio value Y became 1 or more, and phosphorus The effect of heat treatment after ion implantation can be seen.

最適アニール温度は800°C〜850℃である。The optimum annealing temperature is 800°C to 850°C.

第2図すは、同じく、打込みエネルギーが50KeVで
、ドーズ量1×1013/−の打込み試料を800°C
でアニールした結果であるが、アニール時間を変えてそ
の変化を調べたものであり、時間がOの点は、打込み後
特に熱処理を施していないものである。
Figure 2 also shows an implanted sample with an implant energy of 50 KeV and a dose of 1 x 1013/- at 800°C.
The results are the results of annealing, and the changes were investigated by varying the annealing time, and the points with time O were not subjected to any particular heat treatment after implantation.

これから、アニール時間が15分以上で比の値Yが1以
上となり、効果が現われ、30分で、飽和し、それより
時間を長くすると、除々に減少する。
From this, it can be seen that when the annealing time is 15 minutes or more, the ratio value Y becomes 1 or more, and the effect appears, reaches saturation at 30 minutes, and gradually decreases when the annealing time is longer than that.

従って、アニール時間は30分が適当である。Therefore, the appropriate annealing time is 30 minutes.

第3図はいずれも、アニールは、800℃の温度で30
分行ったものである。
In all of Figure 3, annealing was performed at a temperature of 800°C for 30 minutes.
I went there for a minute.

第3図aは、ドーズ量1×1013/−で一定にして、
打込みエネルギーをかえて、その依存性を示したもので
ある。
In Figure 3a, the dose is kept constant at 1 x 1013/-,
The dependence is shown by changing the implantation energy.

これによると、打込みエネルギーが200KeVの高い
場合をのぞいて、比の値Yが1以上であり、効果が現わ
れているが、50 KeVで最大の効果が現われること
が分る。
According to this, except when the implantation energy is as high as 200 KeV, the ratio value Y is 1 or more, and the effect appears, but it can be seen that the maximum effect appears at 50 KeV.

第3図すは、打込みエネルギーを50 KeVと一定に
した場合、比の値Yのドーズ量依存性を示すものである
FIG. 3 shows the dependence of the ratio value Y on the dose when the implantation energy is kept constant at 50 KeV.

これから、2×1012/−のドーズ量では、効果が現
われず、また、■×1014/−のドーズ量では、比の
値Yが1以下であり、逆効果となっている。
From this, it can be seen that with a dose of 2×10 12 /−, no effect appears, and with a dose of ■×10 14 /−, the ratio value Y is less than 1, resulting in an opposite effect.

最適ドーズ量は1×1013/Cl1L〜2×1013
/C111,である。
The optimum dose is 1×1013/Cl1L to 2×1013
/C111.

以上の結果から、打込み条件、熱処理条件を適切にすれ
ば、比の値Yが1.3となり、フォトルミネッセンス特
性上、燐打込みにより、約3割の向上がみられる。
From the above results, if the implantation conditions and heat treatment conditions are appropriate, the ratio value Y becomes 1.3, and the photoluminescence characteristics are improved by about 30% by implanting phosphorus.

すなわち本実施例によれば、GaP結晶に加速エネルギ
ー20Ke■〜100Ke■、ドーズ量3×1012C
:rIL−2〜5×1013cE2の範囲内テ燐イオン
を打込み、絶縁膜で結晶表面を覆った後、800°C〜
1000℃の温度範囲で熱処理すれば、上記処理をほど
こさないものに比べて結晶性が向上する利点がある。
That is, according to this embodiment, the GaP crystal is given an acceleration energy of 20 Ke■ to 100 Ke■ and a dose of 3×1012C.
: After implanting phosphorus ions within the range of rIL-2 to 5 x 1013cE2 and covering the crystal surface with an insulating film, heat at 800°C to
Heat treatment in a temperature range of 1000° C. has the advantage of improving crystallinity compared to those not subjected to the above treatment.

上述のように、本発明によれば適当な打込み条件により
イオンを注入し、その後適当な熱処理を施すことにより
気相エピタキシャル成長層の特性を向上させることがで
きる。
As described above, according to the present invention, the characteristics of the vapor phase epitaxial growth layer can be improved by implanting ions under appropriate implantation conditions and then performing appropriate heat treatment.

この実施例では気相エピタキシャル成長層に、関するも
のであるが、液相エピタキシャル成長層に関しても同様
である。
Although this embodiment relates to a vapor phase epitaxial growth layer, the same applies to a liquid phase epitaxial growth layer.

また、この方法はGa Pだけでなく、GaAs、(G
aA/l、)As、Ga(AsP)。
In addition, this method can be applied not only to GaP but also to GaAs, (G
aA/l, ) As, Ga (AsP).

InPlまたはGaNなど類似の■−■族化合物半導体
にも利用できる。
It can also be used for similar ■-■ group compound semiconductors such as InPl or GaN.

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

第1図は、イオン打込み、及びその後の熱処理の工程を
示すものであり、aは、イオン打込み時の試料の断面図
、bは熱処理を行う時の試料断面図である。 第2図a、bおよび第3図a、bは、それぞれ熱処理条
件および打込みの条件に対する、常温フォトルミネッセ
ンスにおける打込み効果の依存性を示す図である。
FIG. 1 shows the steps of ion implantation and subsequent heat treatment, in which a is a cross-sectional view of the sample during ion implantation, and b is a cross-sectional view of the sample during heat treatment. FIGS. 2a and 2b and 3a and 3b are diagrams showing the dependence of the implantation effect in room-temperature photoluminescence on the heat treatment conditions and implantation conditions, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] I N−V族化合物半導体エピタキシャル成長層に、
■族の母体構成元素イオンを注入し、前記半導体エピタ
キシャル成長層の全面を保護膜で被覆したのち、800
0C〜1000°Cの温度範囲で熱処理することを特徴
とする半導体結晶の結晶性向上方法。
In the I N-V group compound semiconductor epitaxial growth layer,
After implanting group (2) parent constituent element ions and covering the entire surface of the semiconductor epitaxial growth layer with a protective film,
A method for improving the crystallinity of a semiconductor crystal, which comprises performing heat treatment in a temperature range of 0C to 1000C.
JP50128756A 1975-10-24 1975-10-24 How to use hand-held equipment Expired JPS5850408B2 (en)

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JPS6411315A (en) * 1987-07-06 1989-01-13 Nec Corp Semiconductor film growth method

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JPS5252366A (en) 1977-04-27

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