JP5358955B2

JP5358955B2 - ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法

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Publication number: JP5358955B2
Application number: JP2008006087A
Authority: JP
Inventors: 信橋本; 達也田辺
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: JP2009170604A

Description

本発明は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法に関する。

非特許文献１では、イオン注入法におけるｐ型半導体の作製方法が記載されている。サファイア基板上のアンドープのＧａＮエピタキシャル層に、ベリリウム（Ｂｅ）と酸素（O）を共注入した後に、窒素（Ｎ_２）の雰囲気中でアニールを行う。この後に、ホール測定のための電極を作製した。ホール測定の結果によれば、ベリリウム（Ｂｅ）と酸素（O）の共添加により、ｐ型ＧａＮが得られた。そのアクセプタの活性化エネルギーは、５７ｍｅＶ以下であった。サファイア基板上のアンドープのＧａＮエピタキシャル層に、マグネシウム（Ｍｇ）と酸素（O）を共注入した後に、窒素（Ｎ_２）の雰囲気中でアニールを行ったけれども、まったくｐ型特性が得られなかった。

非特許文献２では、熱拡散法によるｐ型ＧａＮ半導体の作製方法が記載されている。サファイア基板上のアンドープＧａＮにＭｇ／Ｎｉ／Ｐｔ電極をＥＢ蒸着法で作製した。次いで、アンモニア（ＮＨ_３）雰囲気中で熱拡散処理した後に、活性化アニールを行った。アニールの後に、ホール測定のための電極を作製した。ホール測定の結果によれば、マグネシウム（Ｍｇ）の拡散によりｐ型ＧａＮが得られた。
Journal of Applied Physics, vol. 90 (2001) 3750 第６８回応用物理学会学術講演会講演予稿集 4p-N-5

非特許文献１では、ベリリウム（Ｂｅ）と酸素（O）の共注入とＮ_２アニールされたＧａＮにおいて、良好な特性のｐ型半導体が得られているが、マグネシウム（Ｍｇ）と酸素（O）の共注入とＮ_２アニールされたＧａＮにおいては、ｐ型半導体が得られていない。非特許文献２では、イオン注入法ではなく熱拡散法によってＭｇ添加を行ってｐ型ＧａＮが得られている。しかしながら、熱拡散法では、ｐ型ドーパントのプロファイルの制御が困難である。また、低いｐ型ドーパント濃度の制御が困難である。さらに、微細なｐ型半導体領域を形成することが困難である。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、イオン注入法によりｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法に係る。この方法は、（ａ）窒化ガリウム系半導体にｐ型ドーパントのイオン注入を行う工程と、（ｂ）前記イオン注入の後に、窒素を含むガスの第１の雰囲気中で前記窒化ガリウム系半導体を熱処理してｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程とを備える。前記第１の雰囲気は、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含む。

この方法によれば、イオン注入の後に、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含む雰囲気中で、イオン注入された窒化ガリウム系半導体を熱処理するので、窒化ガリウム系半導体の表面付近の原子のマイグレーションによる再配列が生じて、窒化ガリウム系半導体の結晶性を回復すると共に、窒化ガリウム系半導体に注入されたｐ型ドーパントが窒化ガリウム系半導体中の適切なサイトに入る。

本発明に係る方法は、前記イオン注入に先立って、前記窒化ガリウム系半導体を堆積する工程を更に備えることができる。前記窒化ガリウム系半導体の少なくとも一部分はアンドープ領域であり、前記イオン注入は該アンドープ領域に行われる。この方法では、アンドープ窒化ガリウム系半導体の一部または全部にｐ型半導体領域を形成できる。或いは、窒化ガリウム系半導体は、窒化ガリウム系半導体ウエハといったバルク結晶体であってもよい。

本発明に係る方法では、前記ｐ型ドーパントはマグネシウム及びベリリウムの少なくともいずれか一方を含むことができる。この方法によれば、マグネシウム及びベリリウムの少なくともいずれか一方を含むｐ型窒化ガリウム系半導体を形成できる。ｐ型ドーパントはマグネシウムであってもよい。或いは、ｐ型ドーパントはベリリウムであってもよい。

本発明に係る方法は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する前に、前記熱処理の温度へ第２の雰囲気で昇温する工程を更に備えることができる。前記第２の雰囲気は、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含むことができる。

本発明に係る方法は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成した後に、窒素を含むガスの第３の雰囲気で前記熱処理の温度から降温する工程を更に備えることができる。前記第３の雰囲気は、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含むことができる。

本発明に係る方法は、前記熱処理に先立って、前記窒化ガリウム系半導体に酸素のイオン注入を行う工程を更に備えることができる。前記窒化ガリウム系半導体は、前記酸素及び前記ｐ型ドーパントの両方がイオン注入された部分を有し、前記ｐ型ドーパントは、ベリリウム、もしくはマグネシウムを含むことができる。この方法によれば、酸素及びベリリウムの共添加によっても、良好なｐ型特性を示す窒化ガリウム系半導体領域を形成できる。

本発明に係る方法では、前記窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかを含むことができる。

本発明に係る方法では、前記イオン注入は前記窒化ガリウム系半導体のＧａＮに行われており、前記熱処理の温度は摂氏８００度以上であることが好ましい。また、前記熱処理の温度は摂氏１２００度以下であることが好ましい。この方法によれば、ｐ型ＧａＮが形成される。

本発明に係る方法では、前記イオン注入は前記窒化ガリウム系半導体のＩｎＧａＮに行われており、前記熱処理の温度は摂氏９００度以下であることが好ましい。また、前記熱処理の温度は摂氏６００度以上であることが好ましい。この方法によれば、ｐ型ＩｎＧａＮが形成される。

本発明に係る方法では、前記イオン注入は前記窒化ガリウム系半導体のＡｌＧａＮに行われており、前記熱処理の温度は摂氏８００度以上であることが好ましい。また、前記熱処理の温度は摂氏１３００度以下であることが好ましい。この方法によれば、ｐ型ＡｌＧａＮが形成される。

本発明に係る方法では、前記雰囲気はヒドラジン系化合物を含まず、アンモニアを含むことが好ましい。アンモニアは、ＧａＮ系半導体表面からの窒素抜けを防止すると共に、表面マイグレーションを促進できる。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、イオン注入法によりｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１〜図３は、本実施の形態に係るｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法における主要な工程を示す図面である。基板１１を準備する。基板１１上には、窒化ガリウム系半導体を堆積するために用いる。基板１１としては、例えば、Si、SiC、ZnO、サファイア基板、III族窒化物基板等を用いることができる。III族窒化物基板としては、例えばＡｌＮ基板、または窒化ガリウム系材料からなる基板等を用いることができる。基板のための窒化ガリウム系材料としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を用いることができる。必要な場合には、窒化ガリウム系材料からなる基板上に窒化ガリウム系半導体膜を成長することなく、或いは、窒化ガリウム系半導体膜を成長するに先立って、イオン注入を行うことができる。

装置１０ａに基板１１を配置する。装置１０ａは、結晶成長装置である。図１（ａ）を示されるように、基板１１の主面１１ａ上に窒化ガリウム系半導体膜１３を堆積する。エピタキシャル成長は、例えば有機金属気相成長法、HVPE法、MBE法等によって行われる。本実施の形態では、窒化ガリウム系半導体膜１３は、例えばアンドープであることができるが、これに限定されるものではない。窒化ガリウム系半導体膜１３はＳｉをドーピングしたｎ型半導体層である場合もある。窒化ガリウム系半導体膜１３としては、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかの領域を含むことができる。必要な場合には、窒化ガリウム系半導体膜１３に加えて、更に成膜の構成を設けることができる。

ＧａＮの成膜温度は、例えば摂氏８００度以上であることができる。また、ＧａＮの成膜温度は、例えば摂氏１２００度以下であることができる。ＩｎＧａＮの成膜温度は、例えば摂氏６００度以上であることができる。また、ＩｎＧａＮの成膜温度は、例えば摂氏９００度以下であることができる。ＡｌＧａＮの成膜温度は、例えば摂氏１０００度以上であることができる。また、ＡｌＧａＮの成膜温度は、例えば摂氏１３００度以下であることができる。ＩｎＡｌＧａＮの成膜温度は、例えば摂氏６００度以上であることができる。また、ＩｎＡｌＧａＮの成膜温度は、例えば摂氏９００度以下であることができる。

図１（ｂ）に示されるように、必要な場合には、窒化ガリウム系半導体膜１３の主面１３ａ上にマスク１５を形成する。マスク１５は、イオン注入によってｐ型ドーパントを注入したい領域上に開口を有する。窒化ガリウム系半導体膜１３の全面１３ａにイオン注入を行うときは、マスク１５を形成しない。

マスク１５を形成した後に、窒化ガリウム系半導体膜１３及び基板１１をイオン注入装置１０ｂに配置する。図２（ａ）に示されるように、マスク１５を用いて窒化ガリウム系半導体膜１３にｐ型ドーパント１７のイオン注入を行って、窒化ガリウム系半導体膜１３ｂを形成する。ｐ型ドーパントはマグネシウム及びベリリウムの少なくともいずれか一方を含むことができる。ｐ型ドーパントはマグネシウムであってもよく、或いは、ｐ型ドーパントはベリリウムであってもよい。窒化ガリウム系半導体膜１３は、イオン注入により損傷を受けている。また、注入されたｐ型ドーパントは未だ活性化されていない。イオン注入の後に、マグネシウム及びベリリウムの少なくともいずれか一方を含む領域を有する窒化ガリウム系半導体膜１３ｂを形成できる。窒化ガリウム系半導体膜１３ｂは、活性化されていないｐ型ドーパントを含む領域１３ｃと、イオン注入されていない（アンドープのままである）領域１３ｄとを含む。

必要な場合には、図２（ｂ）に示されるように、マスク１５を用いて窒化ガリウム系半導体膜１３ｂに別のドーパント１９のイオン注入を行って、窒化ガリウム系半導体膜１３ｅを形成する。別のドーパント１９は、ｐ型ドーパントであることができる。

実施例の一つでは、熱処理に先立って、窒化ガリウム系半導体膜１３ｂに別のドーパント１９のイオン注入を行うことができる。このドーパント１９は、例えばｎ型ドーパントの酸素であることができる。一例では、窒化ガリウム系半導体膜１３ｅは、酸素及びｐ型ドーパント１７の両方がイオン注入された領域１３ｆと、イオン注入されていない（アンドープのままの）領域１３ｄとを含む。好適には、酸素とベリリウムの共添加が好ましい。酸素及びベリリウムの共添加によって、良好なｐ型特性を示す窒化ガリウム系半導体領域を形成できる。あるいは、酸素とマグネシウムの共添加が好ましい。酸素及びマグネシウムの共添加によって、良好なｐ型特性を示す窒化ガリウム系半導体領域を形成できる。酸素１９のドーズ量はｐ型ドーパント１７のドーズ量よりも多いことが好ましい。好適なドーズ量の比率の範囲は、（酸素ドーズ量／ｐ型ドーパントドーズ量）＝１以上であることが好ましく、４以下であることが好ましい。

イオン注入の後に、図３（ａ）に示されるように、マスク１５を除去する。マスク１５を除去した後に、窒化ガリウム系半導体膜１３ｂ及び基板１１を熱処理装置１０ｃに配置する。窒化ガリウム系半導体膜１３ｅの表面上にはキャップ膜等がない方が好ましいが、窒化ガリウム系半導体膜１３ｅの表面を覆うキャップ層等を形成した後であっても、効果は弱くなるものの、下記の熱処理は有効である。まず、熱処理のために熱処理装置１０ｃの温度を温度Ｔ_Ａにまで昇温する。続けて、図３（ｂ）に示されるように、窒素を含むガスの第１の雰囲気２１中で窒化ガリウム系半導体膜１３を温度Ｔ_Ａにおいて熱処理してｐ型窒化ガリウム系半導体領域１３ｈを形成する。第１の雰囲気２１は、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含むことができる。窒化ガリウム系半導体膜１３ｅの表面は雰囲気２１に露出されている。ヒドラジン系化合物としては、ジ・メチル・ヒドラジン等の窒素ラジカルを含むガス等を用いることができる。熱処理により、窒化ガリウム系半導体膜１３ｇが形成される。窒化ガリウム系半導体膜１３ｇは、注入イオンが活性された領域１３ｈと、アンドープのままである領域１３ｄとを含む。注入イオンが活性された領域１３ｈとアンドープのままである領域１３ｄとは、接合２３を成す。領域１３ｈの導電型が領域１３ｄの導電型と異なるときは、接合２３はｐｎ接合である。領域１３ｈの導電型が領域１３ｄの導電型と同じときは、接合２３はｐｐ接合またはｎｎ接合である。熱処理の後に、熱処理のために熱処理装置１０ｃの温度を温度Ｔ_Ａから降温する。

熱処理装置１０ｃにおける温度の上昇は、窒素を含むガスの第２の雰囲気において行うことができる。第２の雰囲気は、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含むことができる。温度を上昇させたときの窒素抜けや表面荒れを防ぐ効果があるからであり、窒素抜けや表面荒れが生じる可能性ある温度以上の温度領域において第２の雰囲気は有効である。熱処理のために熱処理装置１０ｃの温度を温度Ｔ_Ａから降温する。熱処理装置１０ｃにおける温度の降下は、窒素を含むガスの第３の雰囲気において行うことができる。第３の雰囲気は、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含むことができる。温度が高いときの、窒素抜けや表面荒れを防ぐ効果があるからであり、窒素抜けや表面荒れが生じる可能性ある温度以上の温度領域において第３の雰囲気は有効である。

これらの工程により、アンドープ窒化ガリウム系半導体の一部または全部にｐ型半導体領域を形成できる。既に説明したように、イオン注入は、窒化ガリウム系半導体ウエハといったバルク結晶体に行われることができる。

この方法によれば、イオン注入の後に、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含む雰囲気中で、注入イオンを含む窒化ガリウム系半導体を熱処理するので、窒化ガリウム系半導体の表面付近の原子のマイグレーションにより再配列が生じて、窒化ガリウム系半導体の結晶性を回復すると共に、窒化ガリウム系半導体に注入されたｐ型ドーパントが窒化ガリウム系半導体中の適切なサイトに入る。

ｐ型ドーパントのイオン注入が窒化ガリウム系半導体のＧａＮ領域に行われたとき、熱処理の温度Ｔ_Ａは摂氏８００度以上であることが好ましい。この温度未満の温度では十分な活性化効果が得られないからである。また、温度Ｔ_Ａは摂氏１２００度以下であることが好ましい。表面荒れや結晶性の劣化等により、ｐ型のキャリアが得られにくくなるからである。この方法によれば、ｐ型ＧａＮが形成される。

イオン注入が窒化ガリウム系半導体のＩｎＧａＮ領域に行われたとき、熱処理の温度Ｔ_Ａは摂氏９００度以下であることが好ましい。表面荒れや結晶性の劣化等により、p型のキャリアが得られにくくなるからである。また、温度Ｔ_Ａは摂氏６００度以上であることが好ましい。この温度未満の温度では十分な活性化効果が得られないからである。この方法によれば、ｐ型ＩｎＧａＮが形成される。

イオン注入が窒化ガリウム系半導体のＡｌＧａＮ領域に行われたとき、熱処理の温度Ｔ_Ａは摂氏８００度以上であることが好ましい。この温度未満の温度では十分な活性化効果が得られないからである。また、温度Ｔ_Ａは摂氏１３００度以下であることが好ましい。表面荒れや結晶性の劣化等により、p型のキャリアが得られにくくなるからである。この方法によれば、ｐ型ＡｌＧａＮが形成される。

イオン注入が窒化ガリウム系半導体のＩｎＡｌＧａＮ領域に行われたとき、熱処理の温度Ｔ_Ａは摂氏６００度以上であることが好ましい。表面荒れや結晶性の劣化等により、ｐ型のキャリアが得られにくくなるからである。また、温度Ｔ_Ａは摂氏９００度以下であることが好ましい。表面荒れや結晶性の劣化等により、p型のキャリアが得られにくくなるからである。この方法によれば、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮが形成される。

発明者らの実験によれば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮの熱処理温度は、ほぼ成長温度と同じ範囲であることが好ましい。例えば、ＧａＮの好適な成膜温度の範囲が摂氏８００度以上摂氏１２００度以下であれば、活性化及びアニールのための熱処理温度の範囲は摂氏８００度以上摂氏１２００度以下であることが好ましい。ＩｎＧａＮの好適な熱処理温度はインジウム組成の増加と共に、低くなる。インジウム組成の範囲５％以上３０％以下（例えば２０％）において、熱処理温度は、例えば、上記のように摂氏７００度以上摂氏８００度以下であることが好ましい。

また、発明者らの実験によれば、ＡｌＧａＮの熱処理温度は、ほぼ成長温度と同程度の温度、或いは成膜温度以上の温度であることが好ましい。ＡｌＧａＮの好適な熱処理温度はアルミニウム組成の増加と共に、高くなる。アルミニウム組成の範囲２０％以上３０％以下（例えば２５％）において、熱処理温度は、例えば、上記のように摂氏１０００度以上摂氏１１００度以下であることが好ましい。アルミニウム組成の範囲４０％以上６０％以下（例えば５０％）において、熱処理温度は、例えば、上記のように摂氏１１００度以上摂氏１２００度以下であることが好ましい。

（実施例）
サファイア基板上にアンドープＧａＮエピタキシャル膜を成長してエピタキシャル基板を作製した。アンドープＧａＮエピタキシャル膜の厚さは２μｍである。
エピタキシャル基板に対し、下記の４条件（Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２）のイオン注入を実施した。
Ａ１：Ｍｇイオンのみのイオン注入。
Ｍｇのトータルのドーズ量が１．７×１０^１５ｃｍ^−２、０μｍ〜０．３μｍの深さまでのＭｇ濃度が約５×１０^１９ｃｍ^−３となるような注入条件を用いた。
Ａ２：Ｍｇ及び酸素の共注入。
Ｍｇのトータルのドーズ量が１．７×１０^１５ｃｍ^−２。０μｍ〜０．３μｍの深さまでのＭｇ濃度が約５×１０^１９ｃｍ^−３となるような注入条件を用いた。
酸素（Ｏ）は、Ｍｇドーズ量の２倍のドーズ量、０μｍ〜０．３μｍの深さまでのＯ濃度がほぼ一定になるような注入条件を用いた。
Ｂ１：Ｂｅイオンのみのイオン注入。
Ｂｅのトータルのドーズ量が１．７×１０^１５ｃｍ^−２、０μｍ〜０．３μｍの深さまでのＭｇ濃度が約５×１０^１９ｃｍ^−３となるような注入条件を用いた。
Ｂ２：Ｂｅ及び酸素の共注入。
Ｂｅのトータルのドーズ量が１．７×１０^１５ｃｍ^−２、０μｍ〜０．３μｍの深さまでのＭｇ濃度が約５×１０^１９ｃｍ^−３となるような注入条件を用いた。
酸素（Ｏ）は、Ｂｅドーズ量の２倍のドーズ量、０μｍ〜０．３μｍの深さまでのＯ濃度がほぼ一定になるような注入条件を用いた。

イオン注入の後に、結晶成長装置を熱処理のための装置として用いて摂氏１０５０度で約１分間のアニールを行った。熱処理雰囲気は、Ｎ_２またはＮＨ_３であった。この後に、イオン注入したＧａＮ領域上にオーミック電極（Ｎｉ）を作製した。ホール測定を行った結果の一覧を図４に示す。図４は、ホール測定の結果から得られるキャリアの極性、キャリア濃度の一覧を条件毎に示す図面である。アニールの温度への上昇中における熱処理雰囲気は、アンモニアおよび窒素であった。アニールの温度からの降下中における熱処理雰囲気は、アンモニアおよび窒素であった。

アンモニア雰囲気中でアニールすることにより、すべての条件のエピタキシャル基板でｐ型窒化ガリウム領域が得られた。また、条件Ｂ２のようにＮ_２雰囲気中でのアニールに比べて、アンモニア雰囲気中でアニールすることにより、正孔濃度が大きくできる。故に、アンモニア雰囲気において良好な活性化が可能である。また、条件Ｂ２のように、Ｎ_２雰囲気中でのアニールにおいてのみ、ｐ型半導体が得られた。

アンモニア雰囲気中でアニールすることにより、ＧａＮエピタキシャル層の表面付近の原子がマイグレーションを起こし、結晶性が回復すると同時に注入されたＭｇ、Ｂｅ等が結晶格子の適切なサイトに入ることができるからであると考えられる。アンモニアに替えて、或いはアンモニアと一緒に、窒素ラジカルを含むガス、例えばジ・メチル・ヒドラジン等のヒドラジン系化合物などを用いることもできる。これにより、窒化ガリウム系半導体表面からの窒素抜けを防止できると共に、表面マイグレーションを促進させることが可能な雰囲気を熱処理に利用できる。

また、図４を参照すると、条件Ａ１、Ａ２、Ｂ１においては、Ｎ_２雰囲気中における熱処理ではｎ型ＧａＮ半導体が得られる一方で、ＮＨ_３雰囲気中における熱処理ではｐ型ＧａＮ半導体が得られるという効果もある。また、本熱処理をＳｉのイオン注入に適用したとき、キャリア濃度の増大等の効果があった。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係るｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法における主要な工程を示す図面である。図２は、本実施の形態に係るｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法における主要な工程を示す図面である。図３は、本実施の形態に係るｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法における主要な工程を示す図面である。図４は、ホール測定の結果から得られるキャリアの極性、キャリア濃度の一覧を条件毎に示す図面である。

符号の説明

１０ａ…結晶成長装置、１１…基板、１１ａ…基板主面、１３…窒化ガリウム系半導体膜、１３ａ…窒化ガリウム系半導体膜主面、１３ｂ…イオン注入の後の窒化ガリウム系半導体膜、１３ｃ…活性化されていないｐ型ドーパントを含む領域、１３ｄ…イオン注入されていない領域、１３ｅ…別のドーパントがイオン注入された窒化ガリウム系半導体膜、１０ｃ…熱処理装置、１３ｈ…ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、１３ｇ…窒化ガリウム系半導体膜、１５…マスク、１７…ｐ型ドーパント、１９…別のドーパント、２１…第１の雰囲気

Claims

ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法であって、
窒化ガリウム系半導体にｐ型ドーパントのイオン注入を行う工程と、
前記窒化ガリウム系半導体に酸素のイオン注入を行う工程と、
前記ｐ型ドーパント及び前記酸素の共添加のイオン注入の後に、窒素を含むガスの第１の雰囲気中で前記窒化ガリウム系半導体を熱処理してｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程と、
を備え、
前記窒化ガリウム系半導体は、前記酸素及び前記ｐ型ドーパントの両方がイオン注入された部分を有し、
前記ｐ型ドーパントはベリリウム、もしくはマグネシウムを含み、
（前記酸素のドーズ量／前記ｐ型ドーパントのドーズ量）は２以上４以下であり、
前記第１の雰囲気は、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含む、ことを特徴とする方法。
前記窒化ガリウム系半導体は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
前記イオン注入に先立って、前記窒化ガリウム系半導体を堆積する工程を更に備え、前記窒化ガリウム系半導体の少なくとも一部分はアンドープ領域であり、前記イオン注入は該アンドープ領域に行われる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された方法。
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する前に、前記熱処理の温度へ第２の雰囲気で昇温する工程を更に備え、
前記第２の雰囲気は、アンモニア及びヒドラジン系化合物の少なくともいずれか一つを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成した後に、窒素を含むガスの第３の雰囲気で前記熱処理の温度から降温する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
前記イオン注入は前記窒化ガリウム系半導体のＧａＮに行われており、
前記熱処理の温度は摂氏８００度以上であり、
前記熱処理の温度は摂氏１２００度以下である、ことを特徴とする請求項２に記載された方法。
前記イオン注入は前記窒化ガリウム系半導体のＩｎＧａＮに行われており、
前記熱処理の温度は摂氏９００度以下である、ことを特徴とする請求項２に記載された方法。
前記イオン注入は前記窒化ガリウム系半導体のＡｌＧａＮに行われており、
前記熱処理の温度は摂氏８００度以上である、ことを特徴とする請求項２に記載された方法。
前記雰囲気はヒドラジン系化合物を含まず、アンモニアを含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。