JP3241929B2

JP3241929B2 - 受発光ダイオード

Info

Publication number: JP3241929B2
Application number: JP11572794A
Authority: JP
Inventors: 光彦荻原; 幸夫中村; 真澄谷中; 孝篤清水
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 2001-12-25
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH07321371A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、受光及び発光の双方
の機能を合わせ持つ受発光ダイオードの形成方法、特に
その受発光に寄与するｐ型拡散層の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、コスト低減及び小型化を目的
として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を静電潜像形
成用露光光源及び画像読取り用イメージセンサの双方に
利用する印刷・読取一体型の装置が提案されている。一
般的なＬＥＤの作成では、基板上に拡散窓を有する拡散
マスクを形成し、この拡散窓を介し不純物を拡散させて
ｐｎ接合を形成する。この際、拡散窓内側のほぼ全面に
わたって深いｐｎ接合が形成され、また不純物のサイド
拡散によって、拡散窓外側の窓周縁部分の狭い領域に浅
いｐｎ接合が形成される。印刷・読取一体型の装置は、
深いｐｎ接合は主に発光に寄与し浅いｐｎ接合は主に受
光に寄与することに着目して、ＬＥＤを露光光源及びイ
メージセンサの双方に利用するものである。

【０００３】一方、ＬＥＤの発光出力は深いｐｎ接合の
深さ（不純物の拡散深さ）と密接に関わりあっているこ
とが知られている。ＬＥＤ発光出力は、深いｐｎ接合の
深さの増加とともに増加し、ある深さで最大となり、そ
れより深い深さになると緩やかに減少する。このような
点に着目して、従来一般には、深いｐｎ接合の深さをほ
ぼ３〜７μｍとすることによって、発光出力強度を大き
くしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対し浅いｐｎ接
合は、読取り装置で一般的に用いられる緑色の光に対し
受光感度が高く、従って受光感度を高めるためには浅い
ｐｎ接合の面積を広くすることが望まれる。しかしなが
ら従来の発光素子として用いられているＬＥＤにおいて
は、浅いｐｎ接合は、拡散窓の外側の周辺部分に横方向
（基板面に沿う方向）の拡散によって形成されるのみで
あり、従って浅いｐｎ接合の面積は極めて狭くなる。

【０００５】そこで受発光に寄与するｐ型拡散層を備え
る受発光ダイオード（受光素子としても機能するＬＥ
Ｄ）において、このｐ型拡散層の全面にわたって浅いｐ
ｎ接合を形成するようにした受発光ダイオードが、この
出願人に係る特願平５−２１００７４号に提案されてい
る。この受発光ダイオードでは、浅いｐｎ接合をｐ型拡
散層の全面にわたって形成することにより受光感度を高
め、かつ、ｐ型拡散層の不純物濃度を高めることにより
発光出力強度を高める。

【０００６】しかしながら従来は封管法により不純物拡
散を行なっており、この封管法では、浅いｐｎ接合の形
成領域全体にわたって、高濃度の不純物拡散を行なうこ
とが困難であった。

【０００７】この発明の目的は、受発光に寄与するｐ型
拡散層の全面にわたって浅いｐｎ接合を有し、かつ、こ
のｐ型拡散層の全面にわたって高濃度の不純物拡散領域
を有する受発光ダイオードの形成に適した方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る受発光ダ
イオードは、ｎ型化合物半導体からなる下地にＺｎを選
択的に熱拡散することによって形成された、受光および
発光の両方に寄与するｐ型拡散層を有する受発光ダイオ
ードであって、ｐ型拡散層の拡散深さが０．３μｍ以上
２μｍ以下であり、且つ、このｐ型拡散層のＺｎ濃度が
５×１０¹⁹以上１×１０²⁰以下であることを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】この発明に係る受発光ダイオードでは、受光お
よび発光の両方に寄与するｐ型拡散層の、発光強度およ
び受光感度の両方を増大させることができる。

【００１０】

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照し、発明の実施例につき説
明する。尚、図面は発明が理解できる程度に概略的に示
してあるにすぎず、従って発明を図示例に限定するもの
ではない。

【００１２】図１〜図３はこの発明の第一実施例の主要
な工程を段階的に示す断面図である。

【００１３】（第一の工程）まず、ｎ型半導体から成る
下地１４を用意し、Ｚｎを構成元素として含む拡散ソー
ス膜１０を、拡散予定領域１２の下地１４に対し選択的
にＺｎの熱拡散可能に、下地１４上に形成する。拡散予
定領域は、受発光ダイオードの受発光に寄与するｐ型拡
散層を形成する予定の領域である。

【００１４】この実施例では、下地１４としてｎ−Ｇａ
Ａｓ_xＰ_1-xエピタキシャル基板を用意する（図１
（Ａ））。そして、良く知られている標準的な方法で、
下地１４に対し成膜前の洗浄及び前処理を施す。洗浄液
としては、有機溶剤及び酸を用いれば良い。受発光ダイ
オードの発光波長は、組成比ｘにより制御できる。

【００１５】次いで、拡散防止膜１６を、下地１４上に
形成する（図１（Ｂ））。ここでは、拡散防止膜１６と
してＡｌ₂ Ｏ₃ 膜を、スパッタ法により、下地１４上に
下地１４全面にわたって形成する。この形成では、スパ
ッタ法において通常行なわれる如く、下地１４の予備加
熱、ターゲットのプレスパッタ及び本スパッタを行な
う。

【００１６】拡散防止膜１６を介しＺｎの選択拡散を行
なうという目的から明らかなように、拡散防止膜１６の
膜厚は、Ｚｎが拡散防止膜１６を透過して下地１４に達
するということが起こらないような膜厚に、設定され
る。このような膜厚は拡散条件によっても異なるが、こ
こでは膜厚２０００Å程度の拡散防止膜１６を形成す
る。拡散防止膜１６のそのほかの成膜条件は、使用する
スパッタ装置により最適な条件が異なるのでその詳細な
説明は省略する。

【００１７】Ａｌ₂ Ｏ₃ 拡散防止膜１６の熱膨張係数と
ｎ−ＧａＡｓＰ下地１４の熱膨張係数との差は小さく、
従ってこれら拡散防止膜１６及び下地１４を加熱した際
にこれらの間に生じる熱応力は小さくなる。従ってＡｌ
₂ Ｏ₃ 拡散防止膜１６及びｎ−ＧａＡｓＰ下地１４を用
いることにより、熱応力に起因する拡散防止膜１６及び
下地１４の歪みを減少させることができる。

【００１８】また下地１４のＧａが拡散防止膜１６中へ
と拡散すると、下地１４に空孔を生じ、この空孔の発生
に起因してＺｎが横方向（基板面に沿う方向）に異常拡
散することが知られている。しかしｎ−ＧａＡｓＰ下地
１４の構成元素ＧａはＡｌ₂Ｏ₃ 拡散防止膜１６へ拡散
しにくいので、Ａｌ₂ Ｏ₃ 拡散防止膜１６は、横方向の
異常拡散を防止するのに適している。Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜を拡
散防止膜１６に使用して選択拡散を行なう場合には、拡
散深さとサイド拡散距離とはほぼ等しくなる。従ってこ
の実施例で作成した受発光ダイオードをアレイ状に配列
すると、受発光に寄与するｐ型拡散層の拡散深さは浅い
のでサイド拡散距離は短くなり、これがため受発光ダイ
オードの配列密度を高めることができる。

【００１９】これに対し、従来のＬＥＤで用いられてい
るＳｉＯ₂ 膜を拡散防止膜１６とした場合、ｎ−ＧａＡ
ｓＰ下地１４の構成元素ＧａはＳｉＯ₂ 拡散防止膜１６
中へ著しく拡散しやすく、従ってＳｉＯ₂ 拡散防止膜１
６を用いると、Ｚｎの横方向異常拡散によりサイド拡散
距離がＡｌ₂ Ｏ₃ 拡散防止膜１６よりも長くなる。また
ＳｉＯ₂ 拡散防止膜１６の熱膨張係数はｎ−ＧａＡｓＰ
下地１４の１／１０程度となり、従ってＳｉＯ₂ 拡散防
止膜１６及びｎ−ＧａＡｓＰ下地１４の熱膨張係数の差
は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 拡散防止膜１６及びｎ−ＧａＡｓＰ下地
１４の熱膨張係数の差よりも大きくなる。その結果、Ｓ
ｉＯ₂ 拡散防止膜１６はＡｌ₂ Ｏ₃ 拡散防止膜１６より
も熱応力に起因する歪みが大きくなる。このように、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃拡散防止膜１６は横方向の異常拡散防止及び熱
応力による歪みの低減に適している。

【００２０】次いで、拡散予定領域１２の下地１４を露
出する拡散窓１６ａを、拡散防止膜１６に形成する（図
１（Ｃ））。拡散窓１６ａの形成は、標準的なフォトリ
ソ及びエッチング工程により行なう。すなわち、拡散防
止膜１６上にレジスト１８を塗布し、このレジスト１８
を露光及び現像して、窓１８ａをレジスト１８に形成す
る。この窓１８ａを介し拡散予定領域１２の拡散防止膜
１６を露出させる。然る後、窓１８ａを介し拡散予定領
域１２の拡散防止膜１６をエッチングして、拡散窓１６
ａを拡散防止膜１６に形成する。この拡散窓１６ａを介
し拡散予定領域１２の下地１４を露出させる。拡散防止
膜１６のエッチングは、熱りん酸を用いたウエットエッ
チングにより行なえば良い。

【００２１】次いで拡散防止膜１６の拡散窓１６ａを介
して、拡散予定領域１２の下地１４上に拡散ソース膜１
０を形成し、これにより、拡散予定領域１２の下地１４
に対し選択的にＺｎの熱拡散可能に、拡散ソース膜１０
を形成する（図２（Ａ））。ここでは、拡散ソース膜１
０として、ＺｎＯ及びＳｉＯ₂ の混合膜（以下、ＺｎＯ
−ＳｉＯ₂ 膜）、又は、ＺｎＯ膜を形成する。この拡散
ソース膜１０の膜厚は２００Å以上とする。ＺｎＯ−Ｓ
ｉＯ₂ 膜及びＺｎＯ膜いずれの場合も、スパッタで形成
するのが好ましい。これは、スパッタによって形成する
と膜面内における膜厚の均一性及び組成の均一性を向上
できるからである。実験によれば、ＣＶＤ法で形成する
よりもスパッタ法で形成した方が、膜厚及び組成の均一
性を高めることができることを確認できた。膜厚及び組
成の均一性を高めることにより、受発光に寄与するｐ型
拡散層におけるＺｎ濃度の均一化を図れる。

【００２２】スパッタで使用するターゲットは、ＺｎＯ
及びＳｉＯ₂ の混合ターゲット、或は、ＺｎＯターゲッ
トであるが、ＺｎＯ及びＳｉＯ₂ の混合ターゲットにお
いてはＺｎＯに対するＳｉＯ₂ のモル濃度比の値を１以
下とする。これらターゲットを使用して形成したＺｎＯ
−ＳｉＯ₂ 拡散ソース膜１０或はＺｎＯ拡散ソース膜１
０は、高濃度にＺｎを含み従って受発光に寄与するｐ型
拡散層の拡散深さを浅くかつＺｎ濃度を高めるのに適
す。これらターゲットを使用して形成したＺｎＯ−Ｓｉ
Ｏ₂ 或はＺｎＯ拡散ソース膜１０によれば、受発光に寄
与するｐ型拡散層の拡散深さを浅くした場合でも例えば
２μｍ以下とした場合でも、このｐ型拡散層表面におけ
るＺｎ濃度を高く例えば５×１０¹⁹〜１０²¹ｃｍ^-3とす
ることができることを、実験的に確認できた。ＺｎＯに
対するＳｉＯ₂ のモル濃度比の値が１を越えるとｐ型拡
散層表面におけるＺｎ濃度をこのように高くすることが
できない。

【００２３】ＺｎＯ−ＳｉＯ₂ 或はＺｎＯ拡散ソース膜
１０の膜厚を２００Å以上とすれば、受発光に寄与する
ｐ型拡散層表面における不純物濃度を所望の濃度例えば
５×１０¹⁹〜１０²¹ｃｍ^-3程度とするのに必要充分なＺ
ｎを供給する無限拡散ソースとして、拡散ソース膜１０
を機能させることができる。但し、ＺｎＯ−ＳｉＯ₂或
はＺｎＯ拡散ソース膜１０の熱膨張係数はＡｌ₂ Ｏ₃ 拡
散防止膜１６及びｎ−ＧａＡｓＰ下地１４の熱膨張係数
と差が大きいので、拡散ソース膜１０の膜厚を厚くしす
ぎると、熱応力によるＡｌ₂ Ｏ₃ 拡散防止膜１６及びｎ
−ＧａＡｓＰ下地１４の歪みが大きくなる。従ってＺｎ
Ｏ−ＳｉＯ₂ 或はＺｎＯ拡散ソース膜１０の膜厚をなる
べく薄くするのが好ましい。

【００２４】（第二の工程）次に、アニーリングキャッ
プ膜２０を、拡散ソース膜１０上に形成する。

【００２５】この実施例では、アニーリングキャップ膜
２０として膜厚１０００Å程度のＡｌＮ膜を、拡散ソー
ス膜１０上と拡散ソース膜１０とは反対側の下地面１４
ａ上とに形成する（図２（Ｂ））。

【００２６】アニーリングキャップ膜２０は、少なくと
もＺｎが透過或は拡散しにくい膜であれば良いが、さら
に好ましくはこれに加え下地１４の構成元素ここではＧ
ａ、Ａｓ及びＰも透過或は拡散しにくい膜であるのが良
い。ＡｌＮアニーリングキャップ膜２０は、Ｚｎ及び下
地１４の構成元素Ｇａ、Ａｓ及びＰが透過しにくい膜と
して優れている。Ｚｎが透過しにくければ、Ｚｎの熱拡
散の際に、下地１４を保持している雰囲気中へ拡散ソー
ス膜１０から蒸発したＺｎが逃散するのを、防止できる
ので、受発光に寄与するｐ型拡散層のＺｎ濃度を高濃度
に形成するのに適している。また下地１４の構成元素が
透過しにくければ、Ｚｎの熱拡散の際に、下地１４を保
持している雰囲気中へ下地１４の構成元素が逃散するの
を、防止できるので、下地１４における欠陥の発生を防
止できる。

【００２７】またアニーリングキャップ膜２０を、拡散
ソース膜１０上にのみ形成しても良いが、下地１４の構
成元素の逃散防止のため及び又は下地１４の反りの低減
のためには、拡散ソース膜１０上のみならず拡散ソース
膜１０とは反対側の下地面１４ａ上にも、アニーリング
キャップ膜２０を形成するのが好ましい。

【００２８】（第三の工程）アニーリングキャップ膜２
０の形成後、拡散ソース膜１０が含むＺｎを、拡散予定
領域１２の下地１４に熱拡散させて受発光ダイオードの
受発光に寄与するｐ型拡散層２２を形成する。

【００２９】この実施例では、下地１４を、１００％窒
素ガスの雰囲気中に大気圧下で保持し、そして下地１４
をほぼ７５０〜８５０℃例えば７５０℃で、約２０分の
間加熱する。これにより、拡散ソース膜１０が含むＺｎ
を拡散予定領域１２の下地１４に拡散し、約２μｍの拡
散深さ（ｐｎ接合深さ）を有するｐ−ＧａＡｓＰ拡散層
２２を得る（図２（Ｃ））。拡散ソース膜１０と下地１
４との間に拡散防止膜１６を介在させ、拡散防止膜１６
の拡散窓１６ａを介し選択的に拡散予定領域１２の下地
１４を露出させているので、拡散予定領域１２の下地１
４に選択的に、Ｚｎを拡散させ従ってｐ型拡散層２２を
形成できる。このｐ型拡散層２２の形成のためのＺｎ拡
散は、アニーリングキャップ膜２０及び拡散ソース膜１
０を用いた開管法によるＺｎ拡散である。

【００３０】然る後、ＡｌＮアニーリングキャップ膜２
０及びＺｎＯ−ＳｉＯ₂ 拡散ソース膜１０を、エッチン
グ除去する（図３（Ａ））。ＡｌＮアニーリングキャッ
プ膜２０の除去には熱りん酸を、またＺｎＯ−ＳｉＯ₂
の除去にはバッファードＨＦを用いれば良い。

【００３１】（第四の工程）次に、ｐ型拡散層２２と電
気接続する電極２４及び下地１４と電気接続する電極２
６を形成する。この実施例では、ＥＢ（Electron Beam
）蒸着法により、膜厚約２．５μｍのＡｌ膜をｐ型拡
散層２２上に形成し、然る後、フォトリソ及びエッチン
グ工程により、このＡｌ膜を電極形状に加工して、Ａｌ
電極２４を形成する（図３（Ｂ））。Ａｌ電極２４は拡
散防止膜１６の拡散窓１６ａを介しｐ型拡散層２２と電
気接続し、従って拡散防止膜１６は層間絶縁膜を兼ね
る。

【００３２】次いでｐ型拡散層２２とは反対側の下地面
１４ａを研磨する。然る後、ＥＢ蒸着法により、膜厚約
１０００ÅのＡｕ合金膜を下地面１４ａ全面にわたって
形成し、このＡｕ合金膜から成る電極２６を得る。これ
らＡｌ電極２４及びＡｕ合金電極２６の良好なオーミッ
クコンタクトを得るために、電極形成後、約５００℃で
シンターを行ない、受発光ダイオード２８を完成する
（図３（Ｃ））。受発光ダイオード２８は露光光源及び
イメージセンサの双方の機能を合わせ持つアレイを構成
するのに用いて好適であり、複数個の受発光ダイオード
２８を例えば直線状に配列してアレイを構成すれば良
い。

【００３３】この実施例によれば、次のようなことを実
験的に確認できた。すなわち、ｐ型拡散層２２の拡散深
さを約２μｍ程度として浅いｐｎ接合を形成した場合で
も、ｐ型拡散層２２表層における不純物濃度が、１０²⁰
〜１０²¹ｃｍ^-3程度の高濃度となるように、ｐ型拡散層
２２を形成できる。この結果、ｐ型拡散層２２とＡｌ電
極２４との間で良好なオーミックコンタクトが得られ、
このオーミックコンタクト抵抗を、１０^-3Ω・ｃｍ以下
の低抵抗、より典型的には１０^-5Ω・ｃｍの低抵抗とす
ることができる。

【００３４】しかもｐ型拡散層２２表層における不純物
濃度を、ｐ型拡散層２２表層のほぼ全面にわたって、１
０²⁰〜１０²¹ｃｍ^-3程度の高濃度とすることができる。

【００３５】図４は第一実施例で製造した受発光ダイオ
ード２８のｐ型拡散層２２における不純物濃度の分布
を、示す図である。同図にあっては、横軸に距離Ｄ［μ
ｍ］及び縦軸に不純物濃度［ｃｍ^-3］を取り、ｐ型拡散
層２２の深さ方向（ｐ型拡散層２２表面の法線方向）に
おいてｐ型拡散層２２表面から距離Ｄだけ離れた位置で
の、ｐ型拡散層２２の不純物濃度を、示してある。この
不純物濃度は実験的に測定して得たものである。距離Ｄ
については図３（Ｃ）を参照されたい。

【００３６】図５は上述した実施例で製造した受発光ダ
イオード２８において測定して得た発光強度のニヤフィ
ールドパターンを示す図、図６は封管法による従来方法
で製造した受発光ダイオード２８において測定して得た
発光強度のニヤフィールドパターンを示す図である。こ
れら図にあって、図イは発光ダイオード２８の構成を示
す平面図、図イの下側の図ロは位置Ｘにおける相対発光
強度を示す図、図イの右側の図ハは位置Ｙにおける相対
発光強度を示す図である。位置Ｘ及びＹはｐ型拡散層２
２表面に設定したＸ軸及びＹ軸上の位置であって、Ｙ軸
を、ｐ型拡散層２２と電気接続する電極２４に沿ってか
つ平面的に見て電極２４と重ね合わせるように設定する
と共に、Ｘ軸を、Ｙ軸と直交させかつ平面的に見て電極
２４と重ね合わせないように設定している。

【００３７】前述のようにｐ型拡散層２２表層における
不純物濃度を、その全面にわたって高濃度とすることに
より、ｐ型拡散層２２のシート抵抗を下げることができ
るので、浅い拡散深さ例えば拡散深さを２μｍとしても
電極２４からの距離にほぼ無関係に、ｐｎ接合に均一に
キャリアが注入されｐ型拡散層２２全面にわたってほぼ
均一の発光強度が得られる。

【００３８】これに対しｐ型拡散層２２表層の不純物濃
度が低いと、浅いｐ型拡散層２２のシート抵抗が高くな
るため電極２４付近に電流が集中する。従って、図６に
も示すように、ｐ型拡散層２２全体にわたってほぼ均一
な実用上満足できる発光強度を得ることができず、その
結果、実用に適した発光機能を有する受発光ダイオード
２８を得ることが難しくなる。

【００３９】図７は第一実施例の変形例の説明図であ
る。以下、第一実施例と相違する点につき説明し、第一
実施例と同様の点についてはその詳細な説明を省略す
る。

【００４０】この変形例では、拡散窓１６ａを形成する
までの工程は第一実施例と同様である。拡散窓１６ａを
形成したら、次いで、拡散防止膜１６の拡散窓１６ａを
介して、拡散予定領域１２の下地１４上に順次に下地保
護膜３０及び拡散ソース膜１０を形成する（図７）。こ
こでは下地保護膜３０を膜厚約１００ÅのＳｉＯ₂ 膜と
し、拡散ソース膜１０を膜厚約２００Å以上のＺｎ膜又
はＺｎＯ膜とする。

【００４１】下地保護膜３０は拡散ソース膜１０と下地
１４とが反応して下地１４が損傷するのを防止するため
の保護膜であり、従ってＳｉＯ₂ 膜の以外の膜例えばＺ
ｎを含まない酸化膜或は窒化膜を下地保護膜３０として
用いても良い。第一実施例では、拡散ソース膜１０を拡
散予定領域１２の下地１４と直接に接触させて形成した
が、拡散ソース膜１０と下地１４との反応性が高い場合
には、この変形例のように拡散ソース膜１０と下地１４
との間に下地保護膜３０を介在させるのが好ましい。下
地保護膜３０の膜厚は、拡散ソース膜１０が含むＺｎを
下地１４へ熱拡散させるのを妨げないように薄くするの
が好ましい。

【００４２】次いでアニーリングキャップ膜２０及び能
動層２２を形成し、然る後、アニーリングキャップ膜２
０、下地保護膜３０及び拡散ソース膜１０を除去する。
以後の工程は第一実施例と同様である。

【００４３】図８は第一実施例の他の変形例の説明図で
ある。この変形例では、拡散ソース膜１０をＺｎ膜とす
る。その他は、第一実施例と同様である。Ｚｎ拡散ソー
ス膜１０も、ｐ型拡散層２２の拡散深さを浅くしかつＺ
ｎ濃度を高めるのに適している。

【００４４】図９〜図１１はこの発明の第二実施例の主
要な工程を段階的に示す断面図である。

【００４５】（第一の工程）まず、ｎ型半導体から成る
下地１４を用意し、Ｚｎを含む拡散ソース膜１０を、拡
散予定領域１２の下地１４に対し選択的にＺｎの熱拡散
可能に、下地１４上に形成する。

【００４６】この実施例では、下地１４としてｎ−Ｇａ
Ａｓ_x Ｐ_1-x エピタキシャル基板を用意し、そして、良
く知られている標準的な方法で、下地１４に対し成膜前
の洗浄及び前処理を施す。

【００４７】次いで、拡散ソース膜１０を、下地１４上
に形成する（図９（Ａ））。ここでは、ＺｎＯ−ＳｉＯ
₂ 拡散ソース膜１０を、スパッタ法により、下地１４上
に下地１４全面にわたって形成する。

【００４８】次いで、フォトリソ及びエッチング工程に
より、拡散ソース膜１０をエッチングして、平面形状が
拡散予定領域１２と同一形状の拡散ソース膜１０を形成
し、これにより、拡散予定領域１２の下地１４に対し選
択的にＺｎの熱拡散可能に、拡散ソース膜１０を形成す
る（図９（Ｂ））。拡散ソース膜１０は拡散予定領域１
２のみに残存させそれ以外の領域の拡散拡散ソース膜１
０はエッチング除去する。

【００４９】（第二の工程）次に、アニーリングキャッ
プ膜２０を、拡散ソース膜１０上に形成する。

【００５０】この実施例では、ＡｌＮアニーリングキャ
ップ膜２０を、拡散ソース膜１０上と拡散ソース膜１０
とは反対側の下地面１４ａ上とにそれぞれ下地全面にわ
たって形成する（図９（Ｃ））。

【００５１】（第三の工程）アニーリングキャップ膜２
０の形成後、拡散ソース膜１０が含むＺｎを、拡散予定
領域１２の下地１４に熱拡散させて受発光ダイオードの
受発光に寄与するｐ型拡散層２２を形成する。

【００５２】この実施例では、下地１４を、窒素ガス雰
囲気中に保持して下地１４を加熱し、これにより拡散ソ
ース膜１０が含むＺｎを拡散予定領域１２の下地１４に
拡散させて、約２μｍの拡散深さ（ｐｎ接合深さ）を有
するｐ−ＧａＡｓＰ拡散層２２を得る（図１０
（Ａ））。平面形状が拡散予定領域１２と同一形状の拡
散ソース膜１０を、拡散予定領域１２のみに残存させて
いるので、拡散予定領域１２の下地１４に選択的に、Ｚ
ｎを拡散させ従ってｐ型拡散層２２を形成できる。

【００５３】然る後、アニーリングキャップ膜２０及び
拡散ソース膜１０を、エッチング除去する（図１０
（Ｂ））。

【００５４】（第四の工程）次に、ｐ型拡散層２２と電
気接続する電極２４及び下地１４と電気接続する電極２
６を形成する。

【００５５】この実施例では、層間絶縁膜３２を、ｐ型
拡散層２２を形成した側の下地面１４ａ上にその全面に
わたって形成する（図１０（Ｃ））。然る後、フォトリ
ソ及びエッチング工程により、層間絶縁膜３２に透光窓
３２ａを形成し、この透光窓３２ａを介しｐ型拡散層２
２を露出させる（図１１（Ａ））。次いで、透光窓３２
ａを介しｐ型拡散層２２と電気接続するＡｌ電極２４を
形成する（図１１（Ｂ））。次いで、ｐ型拡散層２２と
は反対側の下地面１４ａ上にその全面にわたって、下地
１４と電気接続するＡｕ合金電極２６を形成し、受発光
ダイオード２８を完成する（図１１（Ｃ））。

【００５６】図１２は第二実施例の変形例の説明図であ
る。以下、第二実施例と相違する点につき説明し、第二
実施例と同様の点についてはその詳細な説明を省略す
る。

【００５７】この変形例では、下地１４上に順次に下地
保護膜３０及び拡散ソース膜１０を形成する（図１
２）。ここでは下地保護膜３０をＡｌ₂ Ｏ₃ 膜とし、拡
散ソース膜１０をＺｎ膜又はＺｎＯ膜とする。下地保護
膜３０は下地１４全面にわたって形成してあっても良い
し、拡散ソース膜１０と同様に、平面形状が拡散予定領
域１２と同一形状の下地保護膜３０を形成しても良い。

【００５８】次いでアニーリングキャップ膜２０及びｐ
型拡散層２２を形成し、然る後、アニーリングキャップ
膜２０、下地保護膜３０及び拡散ソース膜１０を除去す
る。以後の工程は第二実施例と同様である。

【００５９】この発明は上述した実施例にのみ限定され
るものではなく、従って各構成成分の寸法、形状、配設
位置、形成材料、成膜方法及びその他の条件を、この発
明の趣旨の範囲内で任意好適に変更できる。

【００６０】例えば、下地１４はＧａＡｓＰに限定され
ず、ＧａＡｓＰのほか例えばＧａＡｓ或はＡｌＧａＡｓ
から成る下地１４を用いることもできる。

【００６１】下地１４を例えばＧａＡｓＰ下地、ＧａＡ
ｓ下地或はＡｌＧａＡｓ下地としたいずれの場合にも、
Ｚｎ及び下地１４の構成元素を透過しにくい或は透過し
ない膜として、Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜やＳｉＮ膜を用いることが
できる。

【００６２】またＺｎの逃散を防止するアニーリングキ
ャップ膜２０としては、ＡｌＮ膜の以外の膜例えばＺｎ
を含まない酸化膜或は窒化膜を用いることができ、例え
ばＡｌ₂ Ｏ₃ 膜、ＳｉＮ膜、ＰＳＧ膜或はＳｉＯ₂ 膜
を、アニーリングキャップ膜２０として用いることがで
きる。下地１４としてＧａＡｓＰ下地、ＧａＡｓ下地或
はＡｌＧａＡｓ下地を用いる場合、Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜、Ｓｉ
Ｎ膜、ＰＳＧ膜及びＳｉＯ₂ 膜は下地１４の構成元素の
逃散を抑制する効果も有する。また下地１４としてＧａ
ＡｓＰ下地、ＧａＡｓ下地或はＡｌＧａＡｓ下地を用い
る場合、アニーリングキャップ膜２０としてＳｉＮ膜或
はＳｉＯ₂ 膜を用いると、下地１４及びアニーリングキ
ャップ膜２０の熱膨張係数の差が大きくなるのでアニー
リングキャップ膜２０の膜厚をあまり厚くすると加熱時
にクラックが発生するおそれがある。しかしこの場合で
も、膜厚を５００Å未満とすればクラックの発生をかな
り抑えられる。また下地１４としてＧａＡｓＰ下地、Ｇ
ａＡｓ下地或はＡｌＧａＡｓ下地を用いる場合には、ア
ニーリングキャップ膜２０としてＡｌＮ膜或はＡｌ₂Ｏ₃
膜を用いると、下地１４及びアニーリングキャップ膜
２０の熱膨張係数の差は小さくなるので、クラック発生
の抑制に効果的である。

【００６３】またこの発明の実施に当り、実用上満足で
きる発光強度を得るためには、ｐ型拡散層２２表層にお
ける不純物濃度を、約５×１０¹⁹ｃｍ^-3以上約１０²¹ｃ
ｍ^-3以下とするのが好ましい。拡散深さを浅くした場合
例えば２μｍ以下とした場合、不純物濃度が５×１０¹⁹
ｃｍ^-3未満では実用上満足できる発光強度が得られずま
た不純物濃度が１０²¹ｃｍ^-3を越えるとｐ型拡散層２２
における結晶の損傷が甚だしくなり受発光ダイオードの
機能を損ねるからである。これと共に、可視光特に短波
長の可視光に対して良好な受光感度を得るためには、ｐ
型拡散層２２の拡散深さ（ｐｎ接合深さ）をほぼ約０．
３μｍ以上約２μｍ以下とするのが良い。拡散深さが
０．３μｍ未満である場合及び拡散深さが２μｍを越え
る場合、短波長の可視光に対して良好な受光感度を得る
ことができないからである。この出願の発明者らの実験
によれば、例えば読取り装置に重要な緑色光のような短
波長の可視光に対する受光感度を高め、なおかつ面内均
一なニヤフィールドパターンを形成し、実用上充分な発
光強度を得るためには、ｐ型拡散層２２の拡散深さを１
〜２μｍとするのが、最も好ましい。

【００６４】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の受発光ダイオードの形成方法によれば、受発光
に寄与するｐ型拡散層のほぼ全面にわたって、浅いｐｎ
接合を形成しつつかつ高濃度にＺｎを拡散できるので、
実用上満足できる受光感度を有しかつ実用上満足できる
発光出力強度が得られる受発光ダイオードを提供でき
る。

【００６５】また従来の封管法によるｐ型拡散層の形成
と比較して、拡散工程の工数を少なくすることができし
かもより短時間でｐ型拡散層を形成できるので、製造コ
ストの低減を図れる。また浅いｐｎ接合で受発光ダイオ
ードを形成するので、この受発光ダイオードをアレイ状
に配列した場合には、受発光ダイオードを高密度に配列
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の第一実施例の説明
に供する工程図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の第一実施例の説明
に供する工程図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の第一実施例の説明
に供する工程図である。

【図４】能動層の深さ方向における不純物濃度の分布状
態を示す図である。

【図５】能動層における相対発光強度の分布状態を示す
図である。

【図６】能動層における相対発光強度の分布状態を示す
図である。

【図７】第一実施例の変形例の説明に供する図である。

【図８】第一実施例の他の変形例の説明に供する図であ
る。

【図９】（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の第二実施例の説明
に供する工程図である。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の第二実施例の説
明に供する工程図である。

【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の第二実施例の説
明に供する工程図である。

【図１２】第二実施例の変形例の説明に供する図であ
る。

【符号の説明】

１０：拡散ソース膜１２：拡散予定領域１４：下地１６：拡散防止膜１６ａ：拡散窓２０：アニーリングキャップ膜２２：ｐ型拡散層２８：受発光ダイオード３０：下地保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水孝篤東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内 (56)参考文献特開平４−233724（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−16988（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−157252（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−66789（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−16394（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−110177（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−35970（ＪＰ，Ａ) 特開平７−66454（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ型化合物半導体からなる下地にＺｎを
選択的に熱拡散することによって形成された、受光およ
び発光の両方に寄与するｐ型拡散層を有する受発光ダイ
オードであって、前記ｐ型拡散層の拡散深さが０．３μｍ以上２μｍ以下
であり、且つ、このｐ型拡散層のＺｎ濃度が５×１０¹⁹
以上１×１０²⁰以下であることを特徴とする受発光ダイ
オード。