(57)【要約】【課題】  電極と半導体との接触抵抗が低減したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を提供する。【解決手段】  不純物原子と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａを形成する第１種のＶ族元素以外のＶ族元素である第２種のＶ族元素とを含有する表面側不純物拡散層１２が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａの表面側領域の少なくとも一部に形成され、不純物原子を含有する内側不純物拡散層１１が表面側不純物拡散層１２の内側に形成され、かつ、表面側不純物拡散層１２のバンドギャップが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａのバンドギャップより小さいことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。【選択図】        図１
2006019632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を含む１以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置であって、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に少なくとも２層の不純物拡散層が形成されており、
不純物原子と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を形成する第１種のＶ族元素以外のＶ族元素である第２種のＶ族元素とを含有する表面側不純物拡散層が、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層の表面側領域の少なくとも一部に形成され、
不純物原子を含有する内側不純物拡散層が、前記表面側不純物拡散層の内側に形成され、
かつ、前記表面側不純物拡散層のバンドギャップが、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層のバンドギャップより小さいことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハへの不純物原子の拡散方法であって、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハに、少なくとも前記不純物原子と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を構成する第１種のＶ族元素以外のＶ族元素である第２種のＶ族元素の原子とを拡散させることにより、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層の表面側領域の少なくとも一部に、前記不純物原子および前記第２種のＶ族元素の原子を含有する表面側不純物拡散層を形成し、
前記表面側不純物拡散層の内側に、前記不純物原子を含有する内側不純物拡散層を形成し、
前記表面側不純物拡散層のバンドギャップは、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層のバンドギャップより小さいことを特徴とする不純物原子の拡散方法。
【請求項３】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハに、少なくとも前記不純物原子と前記第２種のＶ族元素の原子とを拡散させる手段として、
密封容器内に、被拡散物である前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハと、拡散源として少なくとも前記不純物原子の含有物と、前記第２種のＶ族元素の含有物とを収納して、加熱することを特徴とする請求項２に記載の不純物原子の拡散方法。
【請求項４】
前記密封容器内に、前記拡散源に加えて前記第１種のＶ族元素の含有物を収納することを特徴とする請求項３に記載の不純物原子の拡散方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハに、少なくとも前記不純物原子と前記第２種のＶ族元素の原子とを拡散させる手段として、
被拡散物である前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体ウエハを収納した容器内に、少なくとも拡散源として前記不純物原子の含有ガスと、前記第２種のＶ族元素の含有ガスとを導入することを特徴とする請求項２に記載の不純物原子の拡散方法。
【請求項６】
前記容器内に、前記拡散源に加えて前記第１種のＶ族元素の含有ガスを導入することを特徴とする請求項５に記載の不純物原子の拡散方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極と半導体との接触抵抗を低減させる不純物原子拡散方法および電極と半導体の接触抵抗が低減したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムの高速化、高密度化のために、光抵抗、フィトダイオードなどの受光素子の開発が活発に進められている。ここで、光抵抗、フォトダイオードなどの受光素子は、入射光によって半導体内に形成された電子または正孔を、半導体と接触させた電極（一般的に、金属電極）から取り出す構造を有しているため、金属と半導体との接触部分を有している。
【０００３】
ここで、金属と半導体との接触においては、オーミック接触とショットキー接触が存在し、両側（ｐ側およびｎ側）の電極と半導体とをいずれもショットキー接触をさせると半導体における漏れ電流が大きくなるため、半導体内の一部に不純物原子を拡散させた不純物拡散層を設けて、この不純物拡散層と一方の側の電極とを接触させることにより、オーミック接触を形成させて、半導体内の漏れ電流を低減する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、上記技術においても、金属と半導体との間のエネルギーバンドの差による接触抵抗を除去することができず、この接触抵抗をさらに低減することが要望されていた。
【０００５】
ここで、上記接触抵抗を低減する方法のひとつとして、不純物拡散層における不純物原子のキャリア濃度を高めるという方法があるが、この方法はロット間における不純物原子のキャリア濃度のばらつきが大きいという問題があった。
【特許文献１】特開平０５−０２１８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、半導体の不純物拡散層と電極との接触表面側に、上記不純物拡散層に比べて、電極とのエネルギーバンドの差がより小さい新たな不純物拡散層である表面側不純物拡散層を形成することにより、電極と半導体との接触抵抗を低減させる不純物原子拡散方法および電極と半導体の接触抵抗が低減したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を含む１以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置であって、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に少なくとも２層の不純物拡散層が形成されており、不純物原子と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を形成する第１種のＶ族元素以外のＶ族元素である第２種のＶ族元素とを含有する表面側不純物拡散層が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層の表面側領域の少なくとも一部に形成され、不純物原子を含有する内側不純物拡散層が、表面側不純物拡散層の内側に形成され、かつ、表面側不純物拡散層のバンドギャップが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層のバンドギャップより小さいことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置である。
【０００８】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハへの不純物原子の拡散方法であって、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハに、少なくとも不純物原子と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を構成する第１種のＶ族元素以外のＶ族元素である第２種のＶ族元素の原子とを拡散させることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層の表面側領域の少なくとも一部に不純物原子および第２種のＶ族元素の原子を含有する表面側不純物拡散層を形成し、表面側不純物拡散層の内側に前記不純物原子を含有する内側不純物拡散層を形成し、表面側不純物拡散層のバンドギャップはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層のバンドギャップより小さいことを特徴とする不純物原子の拡散方法である。
【０００９】
本発明にかかる不純物原子の拡散方法において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハに、少なくとも不純物原子と第２種のＶ族元素の原子とを拡散させる手段として、密封容器内に、被拡散物であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハと、拡散源として少なくとも不純物原子の含有物と、第２種のＶ族元素の含有物とを収納して加熱すること、この密封容器内に上記拡散源に加えて第１種のＶ族元素の含有物を収納することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる不純物原子の拡散方法において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハに、少なくとも不純物原子と第２種のＶ族元素の原子とを拡散させる手段として、被拡散物であるＩＩＩ−Ｖ化合物半導体ウエハを収納した容器内に、少なくとも拡散源として不純物原子の含有ガスと、第２種のＶ族元素の含有ガスとを導入すること、この容器内に上記拡散源に加えて第１種のＶ族元素の含有ガスを導入することができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように、本発明によれば、電極と半導体との接触抵抗を低減させる不純物原子の拡散方法および電極と半導体の接触抵抗が低減したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、図１を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａを含む１以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置であって、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０に少なくとも２層の不純物拡散層が形成されており、不純物原子とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａを形成する第１種のＶ族元素以外のＶ族元素である第２種のＶ族元素とを含有する表面側不純物拡散層１２がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａの表面側領域の少なくとも一部に形成され、不純物原子を含有する内側不純物拡散層１１が表面側不純物拡散層１０の内側に形成され、かつ、表面側不純物拡散層１２のバンドギャップが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物表面層１０ａのバンドギャップより小さいことを特徴とする。
【００１３】
ここで、第１種のＶ族元素の原子とは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を構成するＶ族元素の原子をいい、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層に２種以上の第１種のＶ族元素の原子が含まれ得る。第２種のＶ族元素の原子とは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を構成するＶ族元素以外のＶ族元素の原子をいう。
【００１４】
また、表面側不純物拡散層のバンドギャップは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層のバンドギャップより小さいことから、表面側不純物拡散層においては、第２種のＶ族元素の原子は、不純物原子のように単にドーピングされているのではなく、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を構成する第１種のＶ族元素の原子に置換して、結晶の格子定数を大きくするものと考えられる。一方、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層に形成された内側不純物拡散層においては、不純物原子が単にドーピングされただけで、結晶の格子定数を変えることがなく、そのバンドギャップもＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層のバンドギャップと変わらないものと考えられる。
【００１５】
表面側不純物拡散層１２のバンドギャップが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層のバンドギャップ１０ａのバンドギャップより小さいことにより、表面側不純物拡散層の表面上に形成される電極１７とＩＩＩ−Ｖ族半導体表面層１０ａにおける表面側不純物拡散層１２との接触抵抗が低減される。
【００１６】
たとえば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａであるＩｎＰ層（したがって、第１種のＶ族元素がＰ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１０に少なくとも２層の不純物拡散層が形成されているＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置であって、不純物原子であるＺｎ原子と第２種のＶ族元素の原子であるＡｓ原子を含有する表面側不純物拡散層１２であるＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（０＜ｘ≦１）（ｐ型ＩｎＡｓxＰ1-x層）がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａの表面側領域の少なくとも一部に形成され、不純物原子であるＺｎ原子を含有する内側不純物拡散層１１であるＩｎＰ：Ｚｎ層（ｐ型ＩｎＰ層）が表面側不純物拡散層１２の内側に形成されておりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を考える。
【００１７】
このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置においては、図７に示すように、表面側不純物拡散層１２（ＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層）のバンドギャップＧ2は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａ（ＩｎＰ層）のバンドギャップＧ1より小さい。図７および図８から明らかなように、Ｇ1＞Ｇ2のとき、表面側不純物拡散層１２（ＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層）の表面上に形成された電極１７のフェルミ順位ＥFMと表面側不純物拡散層１２の仕事関数φB2とのエネルギー差Ｅ2は、内側不純物拡散層１１（ＩｎＰ：Ｚｎ層）の表面上に電極１７を形成した場合の電極１７のフェルミ順位ＥFMと内側不純物拡散層１１の仕事関数φB1とのエネルギー差Ｅ1よりも小さくなるため、表面側不純物拡散層と電極との接触抵抗を小さくすることができる。
【００１８】
ここで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａよりもバンドギャップの小さい表面側不純物拡散層１２を形成する第２種のＶ族元素の原子としては、第１種のＶ族元素の原子より原子半径の大きいものがよい。第１種のＶ族元素の原子がＰ原子の場は第２種のＶ族元素の原子としてＡｓ原子などが、第１種のＶ族元素の原子がＡｓ原子の場は第２種のＶ族元素の原子としてＳｂ原子などが好ましく用いられる。
【００１９】
なお、図１に示すように、内側不純物拡散層１１がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａのみならずその内側のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層まで広がっている場合は、内側不純物拡散層１１として２以上の化学組成の異なる（ただし、拡散した不純物原子は同じ）不純物拡散層が形成されている。
【００２０】
本発明にかかる不純物原子の拡散方法は、図２を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０への不純物原子１ａの拡散方法であって、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０に、拡散原子１として、少なくとも不純物原子１ａと、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａを構成する第１種のＶ族元素以外のＶ族元素である第２種のＶ族元素の原子１ｂとを拡散させることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａの表面側領域の少なくとも一部に、不純物原子１ａおよび第２種のＶ族元素の原子１ｂを含有する表面側不純物拡散層１２を形成し、表面側不純物拡散層１２の内側に不純物原子１ａを含有する内側不純物拡散層１１を形成し、表面側不純物拡散層１２のバンドギャップはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａのバンドギャップより小さいことを特徴とする。
【００２１】
上記のように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハに不純物原子とともに第２種のＶ族元素の原子を拡散させることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａよりもバンドギャップの小さい表面側不純物拡散層１２を形成し、電極と表面側不純物拡散層との接触抵抗を低減することができる。また、バンドギャップの小さい表面側不純物拡散層１２を形成することにより、ロット間における電極と表面側不純物拡散層との接触抵抗のばらつきが小さくなる。
【００２２】
たとえば、図２を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａであるＩｎＰ層（したがって、第１種のＶ族元素がＰ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物ウエハ２０の表面の一部にマスク層１３であるＳｉＮ層を形成した後に、不純物原子１ａとしてＺｎ原子、第２種のＶ族元素の原子１ｂとしてＡｓ原子を拡散させると、Ｚｎ原子とＡｓ原子の拡散速度の違いにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａの表面側領域の一部に、Ｚｎ原子とＡｓ原子とを含有する表面側不純物拡散層１２であるＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（０＜ｘ≦１）（ｐ型ＩｎＡｓxＰ1-x層）が形成され、表面側不純物拡散層１２の内側にＺｎ原子を含有する内側不純物拡散層１１であるＩｎＰ：Ｚｎ層（ｐ型ＩｎＰ層）が形成される。
【００２３】
なお、図２に示すように、内側不純物拡散層１１がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａのみならずその内側のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層まで広がっている場合は、内側不純物拡散層１１として２以上の化学組成の異なる（ただし、拡散した不純物原子は同じ）不純物拡散層が形成される。
【００２４】
（実施形態１）
本発明にかかる不純物原子の拡散方法をさらに具体的に説明する。本発明にかかる一の不純物原子の拡散方法は、図３を参照して、上記の不純物原子の拡散方法において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０に、少なくとも上記不純物原子と第２種のＶ族元素の原子とを拡散させる手段として、密封容器３０内に、被拡散物であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０と、拡散源３１として少なくとも不純物原子の含有物３１ａと、第２種のＶ族元素の含有物３１ｂとを収納して、加熱するものである。
【００２５】
ここで、加熱前の密封容器３０内は、真空状態となっている。密封容器の真空度は、特に制限はないが、不純物原子および第２種のＶ族元素の原子を安定に拡散させる観点から、１．３３×１０-3Ｐａ（１×１０-5Ｔｏｒｒ）以下が好ましい。
【００２６】
また、不純物原子の含有物とは、不純物原子を含有する単体または化合物をいい、不純物原子がＺｎ原子の場合には、金属Ｚｎ、各種Ｚｎ化合物が該当する。Ｖ族元素の含有物とは、Ｖ族元素を含有する単体または化合物をいい、Ｖ族元素がＰの場合には、単体Ｐ（赤リンなど）または各種Ｐ化合物が該当し、Ｖ族元素がＡｓの場合には、単体Ａｓ（α−Ａｓなど）または各種Ａｓ化合物が該当する。
【００２７】
たとえば、図３を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層であるＩｎＰ層を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０と、拡散源３１として、不純物原子の含有物３１ａである金属Ｚｎ粒と、第２種のＶ族元素の含有物３１ｂである単体Ａｓ（α−Ａｓ）粒とを容器内に収納し、真空密封して密封容器３０とした後、この密封容器３０を加熱することにより、図２を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０に、不純物原子１ａであるＺｎ原子と第２種のＶ族元素の原子１ｂであるＡｓ原子とを拡散させて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａの表面側領域の少なくとも一部に、Ｚｎ原子とＡｓ原子とを含有する表面側不純物拡散層１２であるＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（０＜ｘ≦１）（ｐ型ＩｎＡｓxＰ1-x層）を形成し、表面側不純物拡散層１２の内側にＺｎ原子を含有する内側不純物拡散層１１であるＩｎＰ：Ｚｎ層（ｐ型ＩｎＰ層）を形成する。
【００２８】
また、図３を参照して、本実施形態において、密封容器３０内に、拡散源３１である不純物原子の含有物３１ａ、第２種のＶ族元素の含有物３１ｂに加えて、第１種のＶ族元素の含有物３２を収納することができる。特に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を構成する第１種のＶ族元素が、蒸気圧の高い元素、たとえばＰである場合は、不純物原子および第２種のＶ族元素の原子を拡散させる際に、蒸気圧の高いＰ原子が飛散して失われる場合がある。かかる場合に、第１種のＶ族元素の含有物３２を密封容器３０内に収納することにより、密封容器３０内の第１種のＶ族元素の原子のガス分圧を高めて、蒸気圧の高い第１種のＶ族元素の原子の飛散を防止して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハの品質を維持することができる。
【００２９】
（実施形態２）
また、本発明にかかる別の不純物原子の拡散方法は、図４を参照して、上記の不純物原子の拡散方法において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０に、少なくとも不純物原子および第２種のＶ族元素の原子を拡散させる手段として、被拡散物であるＩＩＩ−Ｖ化合物半導体ウエハ２０を収容した容器４０内に、少なくとも拡散源４１として不純物原子の含有ガス４１ａと、第２種のＶ族元素の含有ガス４１ｂとを導入するものである。
【００３０】
ここで、不純物原子の含有ガスとは、不純物原子を含有するガスをいい、不純物原子がＺｎ原子の場合にはジエチル亜鉛（(Ｃ2Ｈ5)2Ｚｎ）などが該当する。Ｖ族元素の含有ガスとは、Ｖ族元素を含有するガスをいい、Ｖ族元素がＰの場合にはホスフィン（ＰＨ3）などが該当し、Ｖ族元素がＡｓの場合にはアルシン（ＡｓＨ3）などが該当する。
【００３１】
たとえば、図４を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層であるＩｎＰ層を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０を収納した容器４０内に、拡散源４１として、不純物原子の含有ガス４１ａであるジエチル亜鉛（(Ｃ2Ｈ5)2Ｚｎ）ガスと、第２種のＶ族元素の含有ガス４１ｂであるアルシン（ＡｓＨ3）ガスとを容器内に導入することにより、図２を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０に、不純物原子１ａであるＺｎ原子と第２種のＶ族元素の原子１ｂであるＡｓ原子を拡散させて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層１０ａの表面側領域の少なくとも一部に、Ｚｎ原子とＡｓ原子とを含有する表面側不純物拡散層１２であるＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（０＜ｘ≦１）（ｐ型ＩｎＡｓxＰ1-x層）を形成し、表面側不純物拡散層１２の内側にＺｎ原子を含有する内側不純物拡散層１１であるＩｎＰ：Ｚｎ層（ｐ型ＩｎＰ層）を形成する。
【００３２】
また、図４を参照して、本実施形態において、容器４０内に、拡散源４１である不純物原子の含有ガス４１ａ、第２種のＶ族元素の含有ガス４１ｂに加えて、さらに第１種の元素の含有ガス４２を導入することができる。特に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層を構成する第１種のＶ族元素が、蒸気圧の高い元素、たとえばＰである場合は、不純物原子および第２種のＶ族元素の原子を拡散させる際に、蒸気圧の高いＰ原子が飛散して失われる場合がある。かかる場合に、第１種のＶ族元素の含有ガス４２を容器４０内に導入することにより、容器４０内の第１種のＶ族元素の含有ガス４２の分圧を高めて、蒸気圧の高い第１種のＶ族元素の原子の飛散を防止して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハの品質を維持することができる。
【００３３】
（実施形態３）
本発明にかかる上記実施形態の不純物物原子の拡散方法により作製される本発明にかかる一のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、図５を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５０として、ｎ型ＩｎＰ基板５１上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層５２、ｎ型Ｉｎ1-zＧａzＡｓ受光層（０≦ｚ≦１）５３、ｎ型ＩｎＰ窓層５４が順次形成されている。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層に相当するｎ型ＩｎＰ窓層５４の表面側領域の一部に、不純物原子であるＺｎ原子と第２種のＶ族元素の原子であるＡｓ原子とを含有する表面側不純物拡散層１２であるＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（０＜ｘ≦１）（ｐ型ＩｎＡｓxＰ1-x層）が形成され、表面側不純物拡散層１２の内側に、Ｚｎ原子を含有する内側不純物拡散層１１であるＩｎＰ：Ｚｎ層（ｐ型ＩｎＰ層）とＩｎ1-zＧａzＡｓ：Ｚｎ層（０≦ｚ≦１）（ｐ型Ｉｎ1-zＧａzＡｓ層）とが形成されている。ここで、表面側不純物拡散層１２上に、反射防止膜５６とｐ側電極５７としてのＡｕ−Ｚｎ合金電極が形成され、ｎ型ＩｎＰ５１基板上に、ｎ側電極５８としてのＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金電極が形成されている。また、ｎ型ＩｎＰ窓層５４において表面側不純物拡散層が形成されていない部分上には、パッシベーション膜５５が形成されている。
【００３４】
上記のように、ｐ側電極５７であるＡｕ−Ｚｎ合金電極と、表面側不純物拡散層１２であるＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（０＜ｘ≦１）（ｐ型ＩｎＡｓxＰ1-x層）との接触を形成することにより、電極と半導体層との接触抵抗の低いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置が得られる。
【００３５】
図６を参照して、本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、たとえば以下のようにして製造することができる。まず、図６（ａ）を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５０として、ｎ型ＩｎＰ基板５１上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層５２、ｎ型Ｉｎ1-zＧａzＡｓ吸収層（０≦ｚ≦１）５３、ｎ型ＩｎＰ窓層５４が順次形成する。上記ＩＩＩ−Ｖ族半導体層の形成方法には、特に制限はなく、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属化学気相堆積）法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy；ハイドライド気相成長法）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシ）法など各種の方法を用いることができる。
【００３６】
次に、図６（ｂ）を参照して、ｎ型ＩｎＰ窓層５４の表面の一部に、マスク層としてパッシベーション膜５５となるＳｉＮ層を形成する。パッシベーション膜５５の形成には特に制限無く、ＰＥ−ＣＶＤ法（Plasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition；プラズマ−化学気相成長法）など各種の方法を用いることができる。次いで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５０に、ｎ型ＩｎＰ窓層５４側から、不純物原子１ａであるＺｎ原子と、第２種のＶ族元素の原子１ｂであるＡｓ原子とを拡散させて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層であるｎ型ＩｎＰ窓層５４の表面側領域の一部にＺｎ原子とＡｓ原子とを含有する表面側不純物拡散層１２であるＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（０＜ｘ≦１）（ｐ型ＩｎＡｓxＰ1-x層）が形成され、表面側不純物拡散層１２の内側に、Ｚｎ原子を含有する内側不純物拡散層１１であるＩｎＰ：Ｚｎ層（ｐ型ＩｎＰ層）とＩｎ1-zＧａzＡｓ：Ｚｎ層（０≦ｚ≦１）（ｐ型Ｉｎ1-zＧａzＡｓ層）が形成される。
【００３７】
次に、図６（ｃ）を参照して、表面側不純物拡散層１２上に反射防止膜５６およびｐ側電極５７を形成し、ｎ型ＩｎＰ基板５１上にｎ側電極５８を形成する。ここで、反射防止膜５６、ｐ側電極５７、ｎ側電極５８の形成方法には特に制限はない。反射防止膜の形成には、ＰＥ−ＣＶＤ法など各種の方法を用いることができ、ｐ側電極およびｎ側電極の形成には、蒸着法、スパッタ法など各種の方法を用いることができる。次いで、所定の大きさのチップに分割して、フォトダイオードとなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置５００を得る。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
まず、図３を参照して、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、ＩｎＰからなる厚さ３５０μｍのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ１０と、拡散源２１として、不純物原子の含有物２１ａである１４０ｍｇの金属Ｚｎワイヤと、第２種のＶ族元素の含有物２１ｂである５６ｍｇの単体Ａｓ（α−Ａｓ）粒とを収納し、さらに第１種のＶ族元素の含有物である３８ｍｇの単体Ｐ（赤リン）粒を、直径６０ｍｍ、肉厚２ｍｍの石英ガラス管内に収納し、石英ガラス間の長さが３００ｍｍになるように真空密封して、密封容器３０とした。ここで、密封容器２内の真空度は、２．６６×１０-4Ｐａ（２×１０-6Ｔｏｒｒ）とした。
【００３９】
次いで、図２および図３を参照して、密封容器３０を加熱して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０に、不純物原子１ａであるＺｎ原子と、第２種のＶ族元素の原子１ｂであるＡｓ原子とを、拡散温度６００℃×拡散時間２１分間の拡散条件で拡散させたところ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０の表面側にＺｎ原子とＡｓ原子とを含有する表面側不純物拡散層１２であるＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（ｘ＝０．２、Ｚｎ濃度１×１０19ｃｍ-3）（ｐ型ＩｎＡｓxＰ1-x層）が形成され、表面側不純物拡散層１２の内側に、Ｚｎ原子を含有する内側不純物拡散層１１であるＩｎＰ：Ｚｎ層（Ｚｎ濃度２×１０19ｃｍ-3）（ｐ型ＩｎＰ層）が形成された。ＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（ｘ＝０．２）の厚さは、０．１６μｍ、ＩｎＰ：Ｚｎ層の厚さは１．４４μｍであった。ここで、表面側および内側の不純物拡散層の化学組成および不純物原子（Ｚｎ原子）濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy；２次イオン質量分析法）により同定し、それぞれの不純物拡散層の厚さはステインエッチングした試料断面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope；走査型電子顕微鏡）観測により測定した。ここで、ステインエッチングとは、試料のｐ−ｎ接合面などの観察を目的として、試料をステインニング液（ＨＦ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：１：１０）を用いて行なうエッチングをいう。
【００４０】
次に、表面側不純物拡散層１２上に、ｐ側電極（図示せず）として、蒸着法により、厚さ５０μｍのＡｕ−Ｚｎ合金電極を形成した。本実施例のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ２０に形成された表面側不純物拡散層（ＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層）とｐ側電極との間の接触抵抗を、四端子法を用いてＴＬＭ（Transmission Line Model；伝送線路モデル）法により測定した。本実施例にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハの作製は２０ロット行い、２０ロットのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハにおける表面側不純物拡散層とｐ側電極との間の接触抵抗の平均値は１．９×１０-4Ω・ｃｍ-2、ばらつき（標準偏差）は０．６×１０-3Ω・ｃｍ-2であった。結果を表１にまとめた。
【００４１】
（比較例１）
密封容器内に、拡散源として、不純物原子の含有物である１４０ｍｇの金属Ｚｎワイヤのみを収納し、第２種のＶ族元素の含有物である単体Ａｓ（α−Ａｓ）粒を収納しなかった点を除いては、実施例１と同様にして、不純物原子の拡散を行なった。本比較例においては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハに、１つの不純物拡散層として、厚さ１．６μｍのＩｎＰ：Ｚｎ層（Ｚｎ濃度２×１０19ｃｍ-3）（ｐ型ＩｎＰ層）のみが形成された。この不純物拡散層上に、実施例１と同様にして、ｐ側電極を形成した。本比較例にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハの作製は２０ロット行い、２０ロットのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハにおける不純物拡散層（ＩｎＰ：Ｚｎ層）とｐ側電極との間の接触抵抗の平均値は、２．６×１０-4Ω・ｃｍ-2、ばらつき（標準偏差）は１．７×１０-3Ω・ｃｍ-2であった。結果を表１にまとめた。
【００４２】
【表１】
2006019632.tif 000003
【００４３】
表１の実施例１と比較例１を比較すると明らかなように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層（ＩｎＰ層）の表面側領域の少なくとも一部に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層よりもバンドギャップの小さい表面側不純物拡散層（ＩｎＡｓxＰ1-x：Ｚｎ層（ｘ＝０．２））を形成させることにより、半導体層である不純物拡散層と電極との接触抵抗を２．６×１０-4Ω・ｃｍ-2から１．９×１０-4Ω・ｃｍ-2に低減することができた。また、ロット間における不純物拡散層と電極との接触抵抗のばらつき（標準偏差）を１．７×１０-3Ω・ｃｍ-2から０．６×１０-3Ω・ｃｍ-2に低減することができた。
【００４４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上記のように、本発明は、電極と半導体との接触抵抗を低減させる不純物原子の拡散方法および電極と半導体の接触抵抗が低減したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置に広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を示す断面模式図である。
【図２】本発明にかかる不純物原子の拡散方法による表面側不純物拡散層および内側不純物拡散層の形成を示す模式図である。
【図３】本発明にかかる一の不純物原子の拡散方法を示す模式図である。
【図４】本発明にかかる別の不純物原子の拡散方法を示す模式図である。
【図５】本発明にかかる一のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を示す断面模式図である。
【図６】本発明にかかる一のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法を示す断面模式図である。ここで、（ａ）は１層以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の形成を示し、（ｂ）は表面側不純物拡散層および内側不純物拡散層の形成を示し、（ｃ）はｐ側電極およびｎ側電極の形成を示す。
【図７】電極と表面側不純物拡散層とを接触させた場合のエネルギーバンド図である。
【図８】電極と内側不純物拡散層とを接触させた場合のエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  拡散原子、１ａ  不純物原子、１ｂ  第２種のＶ族元素の原子、２  第１種のＶ族元素の原子、１０，５０  ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層、１０ａ  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体表面層、１１  内側不純物拡散層、１２  表面側不純物拡散層、１３  マスク層、１７  電極、２０  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハ、３０  密封容器、３１，４１  拡散源、３１ａ  不純物原子の含有物、３１ｂ  第２種のＶ族元素の含有物、３２  第１種のＶ族元素の含有物、４０  容器、４１ａ  不純物原子の含有ガス、４１ｂ  第２種のＶ族元素の含有ガス、４２  第１種のＶ族元素の含有ガス、５１  ｎ型ＩｎＰ基板、５２  ｎ型ＩｎＰバッファ層、５３  ｎ型Ｉｎ1-zＧａzＡｓ受光層、５４  ｎ型ＩｎＰ窓層、５５  パッシベーション膜、５６  反射防止膜、５７  ｐ側電極、５８  ｎ側電極、５００  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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