CN110867371A - p型氮化镓系半导体的制造方法及热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种p型氮化镓系半导体的制造方法及热处理方法。本发明提供一种能够使p型掺杂剂以高效率活化的技术。向氮化镓(GaN)衬底注入镁作为p型掺杂剂。在包含氮及氢的气氛中利用来自卤素灯的光照射，将该GaN衬底进行预加热，进而利用来自闪光灯的闪光照射，极短时间内加热至高温。通过在包含氮及氢的气氛中将GaN衬底加热，便可补充已脱离的氮，防止氮缺乏。而且，可一面向GaN衬底供给氢一面进行加热处理。进而，可使GaN衬底中存在的结晶缺陷修复。作为该等结果，可使注入至GaN衬底的p型掺杂剂以高效率活化。

Description

p型氮化镓系半导体的制造方法及热处理方法
技术领域
本发明涉及一种使注入至氮化镓(GaN)衬底的p型掺杂剂活化的p型氮化镓系半导体的制造方法及热处理方法。
背景技术
氮化镓系化合物作为发出蓝色光的发光元件受到关注，并且作为用于电力转换的功率器件的基础材料也受到期待。例如在专利文献1中揭示有一种使添加至氮化镓系化合物的杂质活化，制造氮化镓系化合物半导体的方法。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2007-42898号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
也像专利文献1中揭示那样，对于n型氮化镓系半导体，使氮化镓系化合物中含有作为n型掺杂剂的硅(Si)等，由此，能够相对容易地使掺杂剂活化，获得高品质的n型氮化镓系半导体。另一方面，对于p型氮化镓系半导体，仅使氮化镓系化合物中含有仅作为p型掺杂剂之镁(Mg)等，则无法制造与n型氮化镓系半导体相同程度的高品质半导体。其原因在于，氮化镓系化合物中的p型掺杂剂的活化率较低。
本发明是鉴于所述问题研制而成，目的在于提供一种能够使p型掺杂剂以高效率活化的技术。
[解决问题的技术手段]
为解决所述问题，技术方案1的发明是一种p型氮化镓系半导体的制造方法，其特征在于具备：注入工序，向氮化镓衬底注入p型掺杂剂；及加热工序，在包含氮及氢的气氛中，以小于1秒的照射时间向所述衬底照射闪光，加热所述衬底。
而且，技术方案2的发明是根据技术方案1的发明的p型氮化镓系半导体的制造方法，其中所述包含氮及氢的气氛为氨气氛。
而且，技术方案3的发明是根据技术方案1的发明的p型氮化镓系半导体的制造方法，其中所述包含氮及氢的气氛为氮氢混合气氛。
而且，技术方案4的发明是一种热处理方法，其特征在于具备：搬入工序，将注入有p型掺杂剂的氮化镓衬底搬入至腔室内；气氛形成工序，在所述腔室内形成包含氮及氢的气氛；及光照射工序，以小于1秒的照射时间向所述衬底照射闪光，加热所述衬底。
而且，技术方案5的发明是根据技术方案4的发明的热处理方法，其中所述包含氮及氢的气氛为氨气氛。
而且，技术方案6的发明是根据技术方案4的发明的热处理方法，其中所述包含氮及氢的气氛为氮氢混合气氛。
[发明的效果]
根据技术方案1至技术方案3的发明，在包含氮及氢的气氛中，以小于1秒的照射时间向注入有p型掺杂剂的氮化镓衬底照射闪光，加热衬底，因此，可一面抑制来自衬底的氮的缺乏，一面向衬底供给氢，进行加热处理，从而可使p型掺杂剂以高效率活化。
根据技术方案4至技术方案6的发明，在包含氮及氢的气氛中，以小于1秒的照射时间向注入有p型掺杂剂的氮化镓衬底照射闪光，加热衬底，因此，可一面抑制来自衬底的氮的缺乏，一面向衬底供给氢，进行加热处理，从而可使p型掺杂剂以高效率活化。
附图说明
图1是表示实施本发明的热处理方法时使用的热处理装置的构成的纵剖视图。
图2是表示保持部的整体外观的立体图。
图3是基座的俯视图。
图4是基座的剖视图。
图5是移载机构的俯视图。
图6是移载机构的侧视图。
图7是表示多个卤素灯的配置的俯视图。
图8是表示本发明的p型氮化镓系半导体的制造方法的顺序的流程图。
图9是表示GaN衬底载置于载置板的状态的图。
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对本发明的实施方式详细地进行说明。
首先，对用以实施本发明的热处理方法的热处理装置进行说明。图1是表示实施本发明的热处理方法时使用的热处理装置1的构成的纵剖视图。图1的热处理装置1是通过对氮化镓衬底(GaN衬底)W进行闪光照射来加热该GaN衬底W的闪光灯退火装置。此外，在图1及以下各图中，为了容易理解，而根据需要将各部分的尺寸或数量夸大或简化描绘。
热处理装置1具备：收容GaN衬底W的腔室6、内置多个闪光灯FL的闪光加热部5、及内置多个卤素灯HL的卤素加热部4。在腔室6的上侧设置有闪光加热部5，并且在下侧设置有卤素加热部4。而且，热处理装置1在腔室6的内部，具备将GaN衬底W保持为水平姿势的保持部7、及在保持部7与装置外部之间进行GaN衬底W交接的移载机构10。进而，热处理装置1具备控制部3，该控制部3对卤素加热部4、闪光加热部5及设置在腔室6中的各动作机构进行控制，执行GaN衬底W的热处理。
腔室6是在筒状的腔室侧部61的上下安装石英制的腔室窗而构成。腔室侧部61具有上下开口的大致筒形状，且在上侧开口安装上侧腔室窗63而封闭，在下侧开口安装下侧腔室窗64而封闭。构成腔室6的顶壁部的上侧腔室窗63是由石英形成的圆板形状构件，且作为使从闪光加热部5出射的闪光透过腔室6内的石英窗发挥功能。而且，构成腔室6的底板部的下侧腔室窗64也是由石英形成的圆板形状构件，且作为使来自卤素加热部4的光透过腔室6内的石英窗发挥功能。
而且，在腔室侧部61的内侧壁面的上部安装有反射环68，在下部安装有反射环69。反射环68、69均形成为圆环状。上侧的反射环68是通过从腔室侧部61的上侧嵌入而安装。另一方面，下侧的反射环69是通过从腔室侧部61的下侧嵌入并利用省略图示的螺钉进行固定而安装。也就是说，反射环68、69均装卸自如地安装在腔室侧部61。腔室6的内侧空间、即由上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61及反射环68、69包围的空间被规定为热处理空间65。
通过在腔室侧部61安装反射环68、69，而在腔室6的内壁面形成凹部62。也就是说，形成由腔室侧部61的内壁面中未安装反射环68、69的中央部分、反射环68的下端面、及反射环69的上端面包围的凹部62。凹部62是在腔室6的内壁面沿着水平方向形成为圆环状，且环绕保持GaN衬底W的保持部7。腔室侧部61及反射环68、69是由强度及耐热性优异的金属材料(例如不锈钢)所形成。
而且，在腔室侧部61配设有用以对腔室6进行GaN衬底W搬入及搬出的搬送开口部(炉口)66。搬送开口部66可通过闸阀185进行开关。搬送开口部66连通连接于凹部62的外周面。因此，在闸阀185打开搬送开口部66时，可从搬送开口部66穿过凹部62，进行GaN衬底W向热处理空间65搬入及GaN衬底W从热处理空间65搬出。而且，当闸阀185将搬送开口部66关闭时，腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。
进而，在腔室侧部61钻孔设置有贯通孔61a。在腔室侧部61的外壁面设有贯通孔61a的部位安装有放射温度计20。贯通孔61a是用以将从保持于下述基座74的载置板91的下表面放射的红外光引导至放射温度计20的圆筒状孔。贯通孔61a是以其贯通方向的轴与基座74的主面相交的方式，相对于水平方向倾斜地设置。在贯通孔61a的面向热处理空间65之侧的端部安装有透明窗21，该透明窗21包含使放射温度计20能够测定的波长区域的红外光透过的氟化钡材料。
而且，在腔室6的内壁上部配设有向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81配设在较凹部62更靠上侧位置，且可设置在反射环68。气体供给孔81经由圆环状形成在腔室6的侧壁内部的缓冲空间82而与气体供给管83连通连接。气体供给管83连接于处理气体供给源85。而且，在气体供给管83的路径中途插入阀84。当阀84打开时，自处理气体供给源85向缓冲空间82馈送处理气体。流入缓冲空间82的处理气体以在流体阻力小于气体供给孔81的缓冲空间82内扩散的方式流动，从气体供给孔81对热处理空间65内供给。作为处理气体，例如可使用氨(NH3)、或作为氢(H2)与氮(N2)的混合气体的氮氢混合气体。而且，处理气体供给源85也可将作为惰性气体的氮气供给至热处理空间65。
另一方面，在腔室6的内壁下部配设有将热处理空间65内的气体排出的气体排气孔86。气体排气孔86配设在较凹部62更靠下侧位置，且也可设置在反射环69。气体排气孔86经由圆环状形成在腔室6的侧壁内部的缓冲空间87而与气体排气管88连通连接。气体排气管88连接于排气部190。而且，在气体排气管88的路径中途插入阀89。当阀89打开时，热处理空间65的气体从气体排气孔86经过缓冲空间87向气体排气管88排出。此外，气体供给孔81及气体排气孔86既可沿着腔室6的圆周方向设置多个，也可为狭缝状。而且，处理气体供给源85及排气部190既可为设置在热处理装置1的机构，也可为供设置热处理装置1的工厂的实体。
而且，也在搬送开口部66的前端连接有将热处理空间65内的气体排出的气体排气管191。气体排气管191经由阀192而与排气部190连接。通过将阀192打开，而经由搬送开口部66将腔室6内的气体进行排气。
图2是表示保持部7的整体外观的立体图。保持部7是具备基台环71、连结部72及基座74而构成。基台环71、连结部72及基座74均由石英所形成。也就是说，保持部7整体由石英形成。
基台环71是圆环形状缺失一部分而成的圆弧形状的石英构件。该缺失部分是为了防止下述移载机构10的移载臂11与基台环71干涉而设置。基台环71通过载置在凹部62的底面而支撑在腔室6的壁面(参照图1)。在基台环71的上表面沿着其圆环形状的圆周方向竖立设置多个连结部72(本实施方式中为4个)。连结部72也是石英构件，且通过焊接固定在基台环71。
基座74由设置在基台环71的4个连结部72支撑。图3是基座74的俯视图。而且，图4是基座74的剖视图。基座74具备保持板75、导环76及多个支撑销77。保持板75是由石英形成的大致圆形的平板状构件。保持板75的直径大于GaN衬底W的直径。也就是说，保持板75具有比GaN衬底W大的平面尺寸。
在保持板75的上表面周缘部设置有导环76。导环76是具有比载置GaN衬底W的载置板91(参照图9)的直径大的内径的圆环形状构件。例如，在载置板91的直径为φ300mm的情况下，导环76的内径为φ320mm。导环76的内周设为如从保持板75朝向上方扩大的倾斜面。导环76由与保持板75相同的石英形成。导环76既可熔接在保持板75的上表面，也可通过另行加工的销等固定在保持板75。或者，也可将保持板75与导环76加工为一体构件。
保持板75的上表面中较导环76更靠内侧的区域设为保持载置有GaN衬底W的载置板91的平面状的保持面75a。在保持板75的保持面75a竖立设置有多个支撑销77。在本实施方式中，沿着与保持面75a的外周圆(导环76的内周圆)为同心圆的圆周上每隔30°竖立设置共计12个支撑销77。配置12个支撑销77的圆的直径(对向的支撑销77间的距离)小于载置板91的直径，如果载置板91的直径为φ300mm，那么该圆的直径为φ270mm～φ280mm(本实施方式中为φ270mm)。各个支撑销77由石英形成。多个支撑销77既可通过焊接而设置在保持板75的上表面，也可与保持板75一体地加工。
返回图2，竖立设置在基台环71的4个连结部72与基座74的保持板75的周缘部是通过焊接而固定。也就是说，基座74与基台环71是通过连结部72而固定地连接。通过将这种保持部7的基台环71支撑在腔室6的壁面，而将保持部7安装在腔室6。在保持部7被安装在腔室6的状态下，基座74的保持板75成为水平姿势(法线与铅直方向一致的姿势)。也就是说，保持板75的保持面75a成为水平面。
载置有GaN衬底W的载置板91是以水平姿势载置在安装在腔室6的保持部7的基座74上得到保持。此时，载置板91被保持板75上竖立设置的12个支撑销77支撑，保持在基座74。更严格来说，12个支撑销77的上端部与载置板91的下表面接触，支撑该载置板91。12个支撑销77的高度(从支撑销77的上端到保持板75的保持面75a为止的距离)均一，因此可通过12个支撑销77以水平姿势支撑载置板91。
而且，载置板91由多个支撑销77从保持板75的保持面75a隔开固定间隔地支撑。导环76的厚度大于支撑销77的高度。因此，通过导环76防止由多个支撑销77支撑的载置板91的水平方向的位置偏移。
而且，如图2及图3所示，在基座74的保持板75上下贯通地形成有开口部78。开口部78是为了放射温度计20接收从载置板91的下表面放射的放射光(红外光)而设置。也就是说，放射温度计20经由开口部78及安装在腔室侧部61的贯通孔61a的透明窗21接收从载置板91的下表面放射的光，测定该载置板91的温度。进而，在基座74的保持板75钻孔设置有下述移载机构10的顶起销12为交接载置板91而贯通的4个贯通孔79。
图5是移载机构10的俯视图。而且，图6是移载机构10的侧视图。移载机构10具备2条移载臂11。移载臂11设为如沿着大致圆环状的凹部62般的圆弧形状。在各个移载臂11竖立设置有2根顶起销12。移载臂11及顶起销12由石英形成。各移载臂11设为可通过水平移动机构13进行旋动。水平移动机构13使一对移载臂11在对保持部7进行载置板91移载的移载动作位置(图5的实线位置)与俯视下不和保持在保持部7的载置板91重叠的退避位置(图5的双点划线位置)之间进行水平移动。作为水平移动机构13，既可通过各自独立的电动机使各移载臂11分别旋动，也可使用连杆机构通过1个电动机使一对移载臂11连动而旋动。
而且，一对移载臂11是通过升降机构14而与水平移动机构13一同地升降移动。当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升时，共计4根顶起销12通过钻孔设置在基座74的贯通孔79(参照图2、3)，顶起销12的上端从基座74的上表面突出。另一方面，当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置下降，将顶起销12从贯通孔79拔出，水平移动机构13使一对移载臂11以打开的方式移动时，各移载臂11移动至退避位置。一对移载臂11的退避位置是保持部7的基台环71的正上方。基台环71载置在凹部62的底面，因此，移载臂11的退避位置成为凹部62的内侧。此外，也在移载机构10的设置有驱动部(水平移动机构13及升降机构14)的部位附近，设置有省略图示的排气机构，且构成为将移载机构10的驱动部周边的气氛排出至腔室6的外部。
返回图1，设置在腔室6的上方的闪光加热部5是在壳体51的内侧具备包括多根(本实施方式中为30根)氙气闪光灯FL的光源、及以覆盖该光源上方的方式设置的反射器52而构成。而且，在闪光加热部5的壳体51的底部安装有灯光放射窗53。构成闪光加热部5的底板部的灯光放射窗53是由石英形成的板状石英窗。通过将闪光加热部5设置在腔室6的上方，灯光放射窗53与上侧腔室窗63相互对向。闪光灯FL从腔室6的上方经由灯光放射窗53及上侧腔室窗63向热处理空间65照射闪光。
多个闪光灯FL是分别具有长条圆筒形状的棒状灯，且以各自的长边方向沿着保持部7所保持的GaN衬底W的主面(即沿着水平方向)相互平行的方式平面状排列。因此，通过闪光灯FL的排列而形成的平面也是水平面。被排列多个闪光灯FL的区域大于GaN衬底W的平面尺寸。
氙气闪光灯FL具备：圆筒形状的玻璃管(放电管)，其内部被封入氙气，且其两端部配设有与电容器连接的阳极及阴极；及触发电极，附设在该玻璃管的外周面上。因氙气是电性绝缘体，故即使电容器中储存有电荷，在通常状态下电气也不流进玻璃管内。但是，在对触发电极施加供电压，击穿绝缘的情况下，电容器中储存的电气瞬间流进玻璃管内，通过此时的氙气的原子或分子的激发而释出光。在这种氙气闪光灯FL中，具有如下特征：因预先储存在电容器中的静电能量被转换成0.1毫秒至100毫秒这种极短的光脉冲，所以与卤素灯HL这样的连续点亮的光源相比能够照射极强的光。也就是说，闪光灯FL是以小于1秒的极短的时间瞬间地发光的脉冲发光灯。此外，闪光灯FL的发光时间可根据对闪光灯FL进行电力供给的灯电源的线圈常数进行调整。
而且，反射器52是在多个闪光灯FL的上方以覆盖该等多个闪光灯FL整体的方式设置。反射器52的基本功能是将从多个闪光灯FL出射的闪光反射至热处理空间65侧。反射器52由铝合金板形成，且其表面(面向闪光灯FL侧的面)通过喷砂处理而实施表面粗糙化加工。
设置在腔室6的下方的卤素加热部4在壳体41的内侧内置有多根(本实施方式中为40根)卤素灯HL。卤素加热部4通过多个卤素灯HL从腔室6的下方经由下侧腔室窗64对热处理空间65进行光照射，将GaN衬底W加热。
图7是表示多个卤素灯HL的配置的俯视图。40根卤素灯HL分为上下2层而配置。在靠近保持部7的上层配置20根卤素灯HL，并且也在较上层距离保持部7更远的下层配设有20根卤素灯HL。各卤素灯HL是具有长条圆筒形状的棒状灯。上层、下层均为20根的卤素灯HL是以各自的长边方向沿着由保持部7保持的GaN衬底W的主面(也就是沿着水平方向)相互平行的方式排列。因此，上层、下层均利用卤素灯HL的排列而形成的平面是水平面。
而且，如图7所示，上层、下层均为相比与被保持部7保持的载置板91的中央部对向的区域更，与周缘部对向的区域中卤素灯HL的配设密度更高。也就是说，上下层均为与灯排列的中央部相比，周缘部的卤素灯HL的配设间距更短。因此，可对来自卤素加热部4的光照射进行加热时容易产生温度降低的载置板91的周缘部进行更多的光量照射。
而且，包括上层的卤素灯HL的灯组与包括下层的卤素灯HL的灯组以格子状交叉的方式排列。也就是说，以配置在上层的20根卤素灯HL的长边方向与配置在下层的20根卤素灯HL的长边方向相互正交的方式配设有共计40根卤素灯HL。
卤素灯HL是通过向配设在玻璃管内部的灯丝通电来使灯丝白热化进行发光的灯丝方式的光源。在玻璃管的内部封入有对氮或氩等惰性气体微量导入卤素元素(碘、溴等)而成的气体。通过导入卤素元素，可抑制灯丝的折损，同时将灯丝的温度设定为高温。因此，卤素灯HL具有与通常的白炽灯泡相比使用寿命较长且能够连续地照射强光的特征。也就是说，卤素灯HL是连续发光至少1秒以上的连续点亮灯。而且，卤素灯HL是棒状灯，所以使用寿命长，通过将卤素灯HL沿着水平方向配置，对上方载置板91的放射效率变得优异。
而且，也在卤素加热部4的壳体41内，在2层卤素灯HL的下侧设置有反射器43(图1)。反射器43将从多个卤素灯HL出射的光反射至热处理空间65侧。
控制部3控制设置在热处理装置1的所述各种动作机构。作为控制部3的硬件的构成与一般计算机相同。也就是说，控制部3具备作为进行各种运算处理的电路的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、作为存储基本程序的读出专用存储器的ROM(Read Only Memory，只读存储器)、作为存储各种信息的读写自由的存储器的RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)及预先存储控制用软件或数据等的磁盘。控制部3的CPU通过执行特定的处理程序而进行热处理装置1中的处理。
除所述构成以外，热处理装置1还具备各种冷却用构造，以防止因GaN衬底W的热处理时从卤素灯HL及闪光灯FL产生的热能引起的卤素加热部4、闪光加热部5及腔室6的过度升温。例如，在腔室6的壁体设置有水冷管(省略图示)。而且，卤素加热部4及闪光加热部5设为在内部形成气流进行排热的空气冷却构造。而且，也对上侧腔室窗63与灯光放射窗53之间隙供给空气，将闪光加热部5及上侧腔室窗63冷却。
其次，对本发明的p型氮化镓系半导体的制造方法进行说明。图8是表示本发明的p型氮化镓系半导体的制造方法的顺序的流程图。首先，对于成为处理对象的GaN衬底W，使用公知的离子注入法注入作为p型掺杂剂的镁(Mg)(步骤S1)。p型掺杂剂的注入是使用与热处理装置1不同的离子注入装置来进行。而且，p型掺杂剂的注入条件(掺杂量、注入能量等)并无特别限定，可设为适宜值。而且，也可为将p型掺杂剂注入时的GaN衬底W的温度设为高温的所谓高温注入。
成为处理对象的GaN衬底W是直径约50mm(2英寸)的圆板形状的氮化镓晶圆，与典型的硅半导体晶圆(直径300mm)相比明显较小。因此，在本实施方式中，在将GaN衬底W载置在载置板91的状态下利用热处理装置1进行处理。图9是表示将GaN衬底W载置在载置板91的状态的图。载置板91是直径300mm的圆板形状的构件。载置板91例如由碳化硅(SiC)形成。在载置板91的上表面中央部配设有直径约50mm的圆形凹部，且在该凹部将GaN衬底W以嵌入的方式载置。然后，通过热处理装置1对载置在载置板91的状态的GaN衬底W进行热处理。载置板91的尺寸与典型的硅半导体晶圆为相同程度，因此，可利用处理硅半导体晶圆的热处理装置1来进行GaN衬底W的热处理。以下，对热处理装置1中的GaN衬底W的热处理进行说明。以下说明的热处理装置1的处理顺序是通过控制部3控制热处理装置1的各动作机构来进行。
首先，将载置在载置板91的状态的GaN衬底W搬入至热处理装置1的腔室6内(步骤S2)。具体来说，打开闸阀185，将搬送开口部66开放，利用装置外部的搬送机器人经由搬送开口部66将载置有GaN衬底W的载置板91搬入至腔室6内的热处理空间65。此时，也可打开阀84对腔室6内供给氮气，使氮气从搬送开口部66流出，将伴随GaN衬底W搬入的外部气体的卷入抑制为最小限度。
由搬送机器人搬入的载置板91进入至保持部7的正上方位置而停止。然后，移载机构10的一对移载臂11自退避位置水平移动至移载动作位置而上升，由此，顶起销12穿过贯通孔79从基座74的保持板75的上表面突出，接收载置有GaN衬底W的载置板91。此时，顶起销12上升至较支撑销77的上端更靠上方。
在载置有GaN衬底W的载置板91载置在顶起销12后，搬送机器人从热处理空间65退出，通过闸阀185将搬送开口部66封闭。然后，通过一对移载臂11下降，载置板91从移载机构10交接给保持部7的基座74，且以水平姿势从下方保持。载置板91是由竖立设置在保持板75上的多个支撑销77支撑，保持在基座74。而且，使注入有p型掺杂剂的GaN衬底W的表面朝向顶面，将载置板91保持在保持部7。在由多个支撑销77支撑的载置板91的背面(与载置GaN衬底W相反侧的面)与保持板75的保持面75a之间形成特定的间隔。下降至基座74的下方的一对移载臂11通过水平移动机构13退避至退避位置、也就是凹部62的内侧。
而且，通过闸阀185将搬送开口部66封闭，使热处理空间65成为密闭空间后，在腔室6内形成包含氮及氢的气氛(步骤S3)。此处，本发明中的所谓包含氮及氢的气氛是指包含作为元素的氮及氢。也就是说，包含氮及氢的气氛也可不必包含分子的氮(N2)及氢(H2)。在本实施方式中，打开阀84从处理气体供给源85向热处理空间65供给氨(NH3)作为处理气体。氨包含作为元素的氮及氢。而且，打开阀89从气体排气孔86排出腔室6内的气体。由此，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的处理气体流向下方，从热处理空间65的下部排出，腔室6内被置换成氨气氛。形成在腔室6内的氨气氛中的氨浓度可设为适宜值，例如也可为100％。此外，为了提高置换效率，也可将腔室6内暂时减压至小于大气压后向腔室6内供给氨。
在腔室6内形成氨气氛后，卤素加热部4的40根卤素灯HL一同地点亮，开始进行预加热(辅助加热)(步骤S4)。从卤素灯HL出射的卤素光透过由石英形成的下侧腔室窗64及基座74，照射至载置有GaN衬底W的载置板91的下表面。载置板91因由SiC形成，故良好地吸收从卤素灯HL出射的光而升温。然后，通过来自已升温的载置板91的导热，将GaN衬底W进行预加热。此外，移载机构10的移载臂11已退避至凹部62的内侧，所以不阻碍卤素灯HL进行的加热。
在进行卤素灯HL的预加热时，载置GaN衬底W的载置板91的温度由放射温度计20来测定。也就是说，放射温度计20通过透明窗21接收从保持在基座74的载置板91的下表面经由开口部78放射的红外光，测定升温中的载置板91的温度。测定所得的载置板91的温度传递至控制部3。控制部3一面监控因来自卤素灯HL的光照射而升温的载置板91的温度是否达到目标温度T1，一面控制卤素灯HL的输出。也就是说，控制部3基于放射温度计20的测定值，以载置板91的温度成为目标温度T1的方式，反馈控制卤素灯HL的输出。目标温度T1为900℃以上1000℃以下。
在载置板91的温度达到目标温度T1后，控制部3以载置板91的温度维持该目标温度T1的方式，调整卤素灯HL的输出。具体来说，在由放射温度计20测定的载置板91的温度达到目标温度T1的时间点，控制部3调整卤素灯HL的输出，将载置板91的温度大致维持在目标温度T1。通过来自卤素灯HL的光照射而将载置板91维持在目标温度T1，由此，通过来自载置板91的导热而将GaN衬底W均匀地预加热。
在载置板91的温度达到目标温度T1后经过特定时间的时间点，从闪光加热部5的闪光灯FL对GaN衬底W的表面进行闪光照射(步骤S5)。此时，从闪光灯FL放射的闪光的一部分直接朝向腔室6内，其他一部分被反射器52暂时反射后朝向腔室6内，利用这些闪光照射而进行GaN衬底W的闪光加热。
闪光加热是利用来自闪光灯FL的闪光(flash light)照射来进行，所以可使GaN衬底W的表面温度以短时间上升。也就是说，从闪光灯FL照射的闪光是预先储存于电容器中的静电能量被转换成极短的光脉冲且照射时间为0.1毫秒以上100毫秒以下程度的极短且强的闪光。然后，因来自闪光灯FL的闪光照射，注入有p型掺杂剂的GaN衬底W的表面瞬间升温至处理温度T2后，急速地降温。处理温度T2高于所述目标温度T1，且为1400℃以上。通过将GaN衬底W的表面瞬间加热至处理温度T2，而使被注入的p型掺杂剂活化。此外，掺杂剂活化所需的时间极短，所以即使是短时间的闪光加热，也足以使掺杂剂活化。
已知当将氮化镓加热至高温时，氮相对容易脱离。因此，例如尝试了通过在氮化镓的表面设置覆盖层而防止氮脱离。在本实施方式中，通过将照射时间极短的闪光照射至GaN衬底W来将GaN衬底W的表面从目标温度T1闪光加热至处理温度T2，因此，GaN衬底W变成高温的时间较短，从而可将这种氮脱离抑制为最小限度。而且，即使氮略微脱离，也因在氨气氛中(也就是说，在包含氮的气氛中)将GaN衬底W从目标温度T1闪光加热至处理温度T2，而可一面从气氛中补充脱离的氮，一面进行加热处理。其结果，无需设置覆盖层等，便可防止GaN衬底W缺乏氮，从而提高p型掺杂剂的活化效率。
而且，在本实施方式中，因在氨气氛中(也就是说，在包含氢的气氛中)将GaN衬底W进行闪光加热，故可一面对GaN中供给氢一面进行加热处理。由此，可使注入至GaN衬底W的p型掺杂剂以高效率活化。
进而，在本实施方式中，通过闪光加热将GaN衬底W的表面加热至1400℃以上的高温。由此，掺杂剂注入时产生的GaN衬底W的结晶缺陷修复，由此，也可提高p型掺杂剂的活化效率。
在通过闪光加热使p型掺杂剂活化后，置换腔室6内的气氛(步骤S6)。具体来说，关闭阀84，并且打开阀89，将腔室6内的氨气氛排出，将腔室6内减压至小于大气压后，打开阀84向腔室6内供给氮。由此，将腔室6内从氨气氛置换成作为惰性气体的氮气氛。
其后，因卤素灯HL也熄灭，故GaN衬底W及载置板91急速地降温。降温中的载置板91的温度由放射温度计20测定，且将该测定结果传递至控制部3。控制部3基于放射温度计20的测定结果，监控载置板91的温度是否降温至特定温度。然后，在载置板91的温度降温至特定以下后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置水平移动至移载动作位置后上升，由此，顶起销12从基座74的上表面突出，从基座74接收载置有热处理后的GaN衬底W的载置板91。接着，打开被闸阀185封闭的搬送开口部66，通过装置外部的搬送机器人将载置在顶起销12上的载置板91搬出，从而热处理装置1中的GaN衬底W的加热处理结束(步骤S7)。
在本实施方式中，在包含氮及氢的气氛中照射闪光，将注入有p型掺杂剂的GaN衬底W的表面闪光加热至1400℃以上的高温。由此，可防止加热处理时GaN衬底W缺乏氮。而且，可一面向GaN衬底W供给氢一面进行加热处理。进而，可使GaN衬底W中存在的结晶缺陷修复。然后，作为该等的结果，可使注入至GaN衬底W的p型掺杂剂以高效率活化，从而可制造高品质的p型氮化镓系半导体。
而且，无需用以防止氮从GaN衬底W脱离的覆盖层等的工序，从而可削减制造成本。
以上，已对本发明的实施方式进行说明，但本发明可在不脱离其主旨的范围内对所述内容以外进行各种变更。例如，在所述实施方式中，在氨气氛中进行了GaN衬底W的闪光加热，但并不限于此，也可在作为氢与氮的混合气体的氮氢混合气氛中照射闪光，进行GaN衬底W的闪光加热。氮氢混合气氛也是包含作为元素的氮及氢的气氛。因此，通过在氮氢混合气氛中照射闪光，将GaN衬底W进行闪光加热，便可获得与所述实施方式相同的效果，从而可使p型掺杂剂以高效率活化。此外，氮氢混合气体中的氢浓度最大为4％。总而言之，只要在包含氮及氢的气氛中对GaN衬底W照射闪光，加热GaN衬底W即可。
而且，GaN衬底W的尺寸不限于直径约50mm，例如也可为直径约100mm(4英寸)。
而且，载置板91的材质并不限于碳化硅，例如也可为硅(Si)。但是，如果在闪光加热时将GaN衬底W加热至1400℃以上的高温，那么硅(熔点1414℃)载置板91有熔融的顾虑，所以载置板91较佳为由碳化硅(熔点2730℃)形成。
而且，在所述实施方式中，闪光加热部5中具备30根闪光灯FL，但并不限于此，闪光灯FL的根数可设为任意数。而且，闪光灯FL不限于氙气闪光灯，也可为氪气闪光灯。而且，卤素加热部4中配备的卤素灯HL的根数也不限于40根，可设为任意数。
而且，在所述实施方式中，使用灯丝方式的卤素灯HL作为连续发光1秒以上的连续点亮灯来进行GaN衬底W的预加热，但不限于此，也可使用放电型的电弧灯(例如氙气电弧灯)代替卤素灯HL作为连续点亮灯来进行预加热。
[符号说明]
1 热处理装置
3 控制部
4 卤素加热部
5 闪光加热部
6 腔室
7 保持部
10 移载机构
65 热处理空间
74 基座
75 保持板
77 支撑销
85 处理气体供给源
91 载置板
FL 闪光灯
HL 卤素灯
W GaN衬底

Claims (6)

1.一种p型氮化镓系半导体的制造方法，其特征在于具备：
注入工序，向氮化镓衬底注入p型掺杂剂；及
加热工序，在包含氮及氢的气氛中以小于1秒的照射时间向所述衬底照射闪光，加热所述衬底。
2.根据权利要求1所述的p型氮化镓系半导体的制造方法，其中
所述包含氮及氢的气氛为氨气氛。
3.根据权利要求1所述的p型氮化镓系半导体的制造方法，其中
所述包含氮及氢的气氛为氮氢混合气氛。
4.一种热处理方法，其特征在于具备：
搬入工序，将注入有p型掺杂剂的氮化镓衬底搬入至腔室内；
气氛形成工序，在所述腔室内形成包含氮及氢的气氛；及
光照射工序，以小于1秒的照射时间向所述衬底照射闪光，加热所述衬底。
5.根据权利要求4所述的热处理方法，其中
所述包含氮及氢的气氛为氨气氛。
6.根据权利要求4所述的热处理方法，其中
所述包含氮及氢的气氛为氮氢混合气氛。
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