DE10041689A1 - Verfahren zur Herstellung von dotiertem Halbleitermaterial - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von dotiertem Halbleitermaterial

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Abstract

Um ein Substrat (1) aus GaN mit Magnesium aus einer Dotierschicht (3) zu dotieren, ist die Dotierschicht (3) mit einer Schutzschicht (4) abgedeckt, die verhindert, daß Stickstoff-Atome aus dem Substrat (1) ausdiffundieren. Diese Maßnahme gewährleistet, daß sich der Typ der Leitfähigkeit des Substrats (1) während des Dotiervorgangs nicht verändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von do­ tiertem Halbleitermaterial, bei dem eine einzudiffundierende Dotierschicht auf ein Substrat aufgebracht wird.
Aus Götz et al., Activation of Acceptors in Mg-doped, p-Type GaN, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Band 423, Seite 595 ist bei­ spielsweise bekannt, daß Magnesium in GaN als Akzeptor ver­ wendet werden kann.
Magnesium ist einer der gängigen Dotierstoffe, um GaN p-leit­ end zu machen. Aufgrund der hohen Aktivierungsenergie von Ma­ gnesium in GaN sind jedoch zur Herstellung von Schichten ho­ her Leitfähigkeit im Bereich von Kontakten hohe Konzentration von 1020 bis 1021 cm-3 an Magnesium-Atomen erforderlich. Ande­ renfalls werden die für die gute Leitfähigkeit nötigen Dich­ ten an freien Ladungsträger nicht erreicht.
Es wurde bereits versucht, durch Implantation und nachfolgen­ des thermisches Ausheilen die nötigen hohen Konzentrationen zu erzielen. Allerdings entstanden bei diesen Verfahren in GaN häufig Stickstoffehlstellen, die von Magnesium-Atomen be­ setzt wurden. Wegen dieser kompensierenden Nebeneffekte wurde GaN durch diese Verfahren daher im Ergebnis eher weniger p- dotiert als vorher.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das sich hohe Dotierstoffkonzentrationen ohne kompensierende Nebenef­ fekte erzielen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzudiffundierende Dotierschicht vor dem Diffusionsvorgang mit einer Schutzschicht gegen das Ausdiffundieren von Mate­ rialbestandteilen des Substrats versehen wird.
Durch die Schutzschicht wird im allgemeinen die Dotierschicht vor Oxidation geschützt und verhindert, daß Materialbestand­ teile aufgrund der während des Diffusionsvorgangs herrschen­ den hohen Temperaturen aus dem Substrat ausdiffundieren. Da­ her ist es möglich, die Dotierschicht und die Oberfläche des Substrats auf hohe Temperaturen aufzuheizen und für eine vollständige oder teilweise Diffusion der Dotierschicht in die Randbereiche des Substrats zu sorgen, ohne daß sich die Materialzusammensetzung des Substrats ändert und die Dotier­ schicht während dieses Vorgangs oder vor diesem Vorgang aufo­ xidiert und dadurch zerstört wird. Daher kann die gesamte Do­ tierschicht oder zumindest Teile davon in das Substrat ein­ diffundieren und dort einen Bereich mit einer sehr hohen Kon­ zentration an Dotierstoff ausbilden. Da durch die Schutz­ schicht verhindert wird, daß sich die Zusammensetzung des Substrats ändert, werden kompensierende Effekt unwahrschein­ lich.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist das Substrat auf der Basis von GaN hergestellt und der Dotier­ stoff Magnesium.
Insbesondere bei dieser Stoffkombination ist es durch das Verfahren gemäß der Erfindung erstmals möglich, mit Magnesium p-dotierte Bereiche hoher Konzentration in einem Substrat wie GaN herzustellen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der ab­ hängigen Ansprüche.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 Querschnitt durch ein Substrat während des Verfahrens nach jeweils aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten.
Fig. 1 zeigt ein Substrat 1, das aus homogenem Material oder einer Schichtenfolge besteht. Im allgemeinen ist das Substrat von eine Halbleiterschicht gebildet. Im vorliegenden Fall ist das Substrat 1 auf der Basis von GaN hergestellt. Auf eine Oberfläche 2 des Substrats ist eine Dotierschicht 3 mit einer Schichtdicke < 100 µm aufgebracht. Die Dotierschicht 3 ist im vorliegenden Fall aus Magnesium hergestellt. Um die Magne­ sium-Atome der Dotierschicht 3 in das Substrat 1 eindringen zu lassen, ist die Dotierschicht 3 mit einer Schutzschicht beispielsweise aus einem Nitrid oder Oxid abgedeckt. Als Ma­ terialien für die Schutzschicht 4 kommt beispielsweise SiN oder AlO in Frage.
Nachdem die in Fig. 1 beschriebene Schichtenfolge ausgebil­ det ist, wird das Substrat 1 mit den darauf aufgebrachten Schichten, nämlich der Dotierschicht 3 und der Schutzschicht 4, einer Wärmebehandlung unterzogen. Dabei dringt das Magne­ sium aus der Dotierschicht 3 in einen oberflächennahen Rand­ bereich 5 des Substrats ein. Vorzugsweise wird die Wärmebe­ handlung so geführt, daß das Substrat 1 kurzzeitig auf sehr hohe Temperaturen erhitzt wird. Aufgrund der guten Wärmeleit­ fähigkeit der metallischen Dotierschicht 3 verteilt sich die Wärme gleichmäßig entlang der Oberfläche 2, wodurch im Rand­ bereich 5 des Substrats 1 das Magnesium aus der Dotierschicht 3 in den Randbereich 5 einlegiert wird. Dadurch entsteht im Randbereich 5 eine Zone mit einer Konzentration an Magnesium- Atomen im Bereich von 1020 bis 1021 cm-3. Trotz der sehr hohen Konzentration an Magnesium-Atomen bleibt der Randbereich 5 p- leitend. Es treten also keine gegenläufigen Effekte auf, die den Randbereich 5 n-leitend werden lassen.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Verfahrens wird das Substrat nicht kurzzeitig auf Temperaturen bis zu 1800°C erhitzt, sondern für bis zu 2 Wochen bei Temperaturen ober­ halb von 600°C getempert. In beiden Fällen kann sich ein fla­ ches Dotierungsprofil mit einer hohen Konzentration entlang der Oberfläche des Substrats 1 und mit einer in das Innere des Substrats 1 langsam abfallenden Konzentration ergeben. Nachteilig ist hierbei insbesondere die lange Prozeßdauer.
Es sei angemerkt, daß die Beschichtung der Dotierschicht 3 mit der Schutzschicht 4 unmittelbar nach dem Aufwachsen der Dotierschicht 3 auf dem Substrat 1 erfolgen sollte. Anderen­ falls besteht die Gefahr, daß die Dotierschicht 3 durch die beginnende Oxidation verunreinigt wird. Falls die Beschich­ tung der Dotierschicht 3 mit der Schutzschicht 4 nicht in ein und demselben Reaktor durchgeführt werden kann, muß das Sub­ strat 1 unter Schutzgasatmosphäre in einen anderen geeigneten Reaktor gebracht werden.
Durch die Schutzschicht 4 wird nicht nur verhindert, daß die Dotierschicht 3 aufoxidiert wird, sondern es wird auch ver­ hindert, daß Stickstoffatome aus dem Substrat 1, das aus GaN hergestellt ist, ausdiffundieren. Es entstehen also nur wenig Stickstoffehlstellen. Dementsprechend gering ist die Zahl der als Donator wirkenden Defekte, so daß die Zahl der als Dona­ tor wirkenden Defekte im Vergleich zu der Zahl der als Akzep­ tor wirkenden Magnesium-Atomen gering bleibt. Durch den Le­ gierungsvorgang wird daher der Typ der Leitfähigkeit nicht von p-leitend auf n-leitend geändert.
Nach dem Abschluß der Wärmebehandlung wird die Schutzschicht 4 beispielsweise durch Ätzen entfernt. Zweckmäßigerweise wer­ den dabei auch die Reste der Dotierschicht 3 abgetragen. Ab­ schließend werden nach einem der üblichen Verfahren Metall­ kontakte 6 auf der Oberfläche 2 des Substrats 1 angebracht. Aufgrund der hohen Konzentration an Magnesium-Atomen zwischen 1020 und 1021 cm-3 ist die Leitfähigkeit des Randbereichs 5 sehr hoch. Es ergeben sich daher nur geringe ohmsche Widerstände am Übergang zwischen dem Metallkontakt 6 und dem Sub­ strat 1.
Bezugszeichenliste
1
Substrat
2
Oberfläche
3
Dotierschicht
4
Schutzschicht
5
Randbereich
6
Metallkontakt

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von dotiertem Halbleitermateri­ al. bei dem eine einzudiffundierende Dotierschicht (3) auf ein Substrat (1) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die einzudiffundierende Dotierschicht (3) vor dem Diffusions­ vorgang mit einer Schutzschicht (4) gegen das Ausdiffundieren von Materialbestandteilen des Substrats (1) versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein Halbleiter mit Elementen aus der Haupt­ gruppe III und V ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) auf der Basis von GaN hergestellt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierschicht (3) aus Mg hergestellt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (4) aus einem Nitrid oder Oxid hergestellt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (4) aus SiN oder AlO hergestellt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Diffusionsvorgang die Schutzschicht (4) und Reste der Dotierschicht (3) entfernt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Schutzschicht (4) und dem Rest der Do­ tierschicht (3) auf dem Substrat eine Kontaktschicht (6) aus­ gebildet wird.
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