JP2023064399A - 窒化物半導体装置の製造方法および窒化物半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物半導体においてｐ型領域を形成するための技術を提供する。【解決手段】窒化物半導体基板の製造方法は、結晶欠陥を基板の表面から内部側へ形成する欠陥形成工程を備える。製造方法は、基板の表面にＭｇを含んだ固体層であるＭｇ固体層を形成するＭｇ固体層形成工程を備える。製造方法は、Ｍｇ固体層が形成されている基板を加熱する第１の熱処理工程を備える。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、窒化物半導体装置の製造方法および窒化物半導体基板に関する。

窒化物半導体基板の任意の位置に、アクセプタ不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入することによって、ｐ型領域を形成する技術が知られている。なお、特許文献１には、関連する技術が開示されている。

特開２０２１－２８９３２

Ｍｇのイオン注入時に、窒素空孔が形成されてしまう。窒素空孔によりアクセプタが補償されてしまうため、ｐ型領域を形成することが困難である。

本明細書に開示する窒化物半導体基板の製造方法の一実施形態は、結晶欠陥を基板の表面から内部側へ形成する欠陥形成工程を備える。製造方法は、基板の表面にＭｇを含んだ固体層であるＭｇ固体層を形成するＭｇ固体層形成工程を備える。製造方法は、Ｍｇ固体層が形成されている基板を加熱する第１の熱処理工程を備える。

結晶欠陥を形成している領域へＭｇを熱拡散することにより、拡散速度を高めることができる。固相拡散によっても、十分な深さまでＭｇを拡散することが可能となる。Ｍｇイオン注入を用いる必要がないため、窒素空孔の発生を抑制できる。その結果、ｐ型領域を形成することが可能となる。

Ｍｇ固体層の表面に保護層を形成する保護層形成工程をさらに備えていてもよい。第１の熱処理工程は、保護層が形成されている基板を加熱してもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

第１の熱処理工程よりも低い温度で基板を加熱する第２の熱処理工程をさらに備えていてもよい。第２の熱処理工程は、Ｍｇ固体層形成工程の後であって保護層形成工程の前に行われてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

第２の熱処理工程によってＭｇ固体層の表面に形成された変質層を除去する工程をさらに備えていてもよい。保護層は、変質層が除去されたＭｇ固体層の表面に形成されてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

本明細書に開示する窒化物半導体基板の製造方法の一実施形態は、結晶欠陥を基板の表面から内部側へ形成する欠陥形成工程を備える。製造方法は、基板の表面にＭｇを含んだ融液を接触させる工程を備える。

融液はＺｎを含んでいてもよい。融液の温度は４５０℃以上であってもよい。

本明細書に開示する窒化物半導体基板の製造方法の一実施形態は、結晶欠陥を基板の表面から内部側へ形成する欠陥形成工程を備える。製造方法は、基板をＭｇを含んだ特定雰囲気中に配置する工程を備える。製造方法は、特定雰囲気中で基板を加熱する熱処理工程を備える。

欠陥形成工程は、窒素イオンを基板の表面から注入する工程を備えていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。

本明細書に開示する窒化物半導体基板の一実施形態では、窒化物半導体基板の表面に垂直な方向におけるＭｇの濃度分布は、表面から深さ１００ナノメートルまでの第１領域内において最大値を有している。最大値が１×１０^２０ｃｍ^－３以上である。

Ｍｇの濃度分布は、最大値から深さ方向に広がる幅１００ナノメートル以下の第２領域内において、濃度が一桁以上変化していてもよい。

Ｍｇの濃度分布は、第２領域内に濃度勾配が急激に小さくなる特異点を備えていてもよい。特異点から深さ方向へ向かってＭｇ濃度がほぼ一定となる濃度一定領域が存在していてもよい。濃度一定領域の深さ方向の幅は５０ナノメートル以上であってもよい。

Ｍｇが添加されている領域の断面視におけるループ欠陥の平面密度が、１×１０^５［個／ｃｍ^２］以下であってもよい。

窒化物半導体基板の製造方法のフローチャートである。 窒化物半導体基板の製造工程を示す断面図である。 窒化物半導体基板の製造工程を示す断面図である。 窒化物半導体基板の製造工程を示す断面図である。 窒化物半導体基板の製造工程を示す断面図である。 Ｍｇ濃度分布プロファイルを示すグラフである。 本実施例のｐ型ＧａＮ領域のＳＮＤＭ断面観察像である。 比較例のｐ型ＧａＮ領域のＳＮＤＭ断面観察像である。

＜ｐ型ＧａＮ領域の形成方法＞
本実施例では、窒化物半導体として窒化ガリウム（ＧａＮ）、II族元素のアクセプタ不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）、ドナー不純物としてシリコン（Ｓｉ）を用いる場合を説明する。図１のフローチャートおよび図２～図５の断面図を用いて、基板１にｐ型領域を形成する工程を説明する。図２～図５は、基板１の表面近傍の部分拡大図である。基板１は、ＧａＮのベース基板１１上に、不純物がドープされていないＧａＮ層１２が積層された構造を備えている。ＧａＮ層１２は、エピタキシャル成長により形成されていてもよい。本実施例では、ＧａＮ層１２の厚さは３μｍとした。

ステップＳ１において、ＧａＮ層１２の表面１２ｓにマスク３０が形成される。マスク３０は、ｐ型領域を形成したい場所に対応した開口部ＯＰを備えている。マスク３０は、既知のフォトリソグラフィ技術によって形成することができる。

ステップＳ２において、表面１２ｓからマスク３０を介して窒素をイオン注入する（図２参照）。窒素イオン注入は、表面１２ｓから所定深さまでの窒素濃度が略一定となる、いわゆるボックスプロファイルとなるように注入される。ボックスプロファイルは、注入エネルギーおよび注入量を変えて複数回イオン注入を行うことで実現できる。これにより、窒素イオン注入された注入領域ＩＡが形成される。図２では、注入領域ＩＡを点線で示している。本実施例では、注入領域ＩＡの深さＤ１は、２５０ｎｍとした。窒素イオンの加速電圧は、１０ＫＶ～１０ＭＶの範囲内とした。窒素濃度は、５×１０^１９ｃｍ^－３、５×１０^１８ｃｍ^－３、５×１０^１６ｃｍ^－３、の３種類とした。

窒素をイオン注入する理由を説明する。イオン注入によって、Ｇａ空孔や窒素空孔などの結晶欠陥が形成される。Ｇａ空孔にＭｇが置換されることでＭｇを活性化しｐ型化するため、Ｇａ空孔は必要である。一方、窒素空孔はドナー性欠陥であり、アクセプタが補償されｐ型化を阻害してしまう。よって窒素空孔は少ないことが好ましい。そこで本実施例の技術では、窒化物半導体を構成している窒素をイオン注入している。イオン注入で形成された窒素空孔が、注入した窒素で置換されるため、窒素空孔の発生を抑制することができる。よって、窒素のイオン注入により、Ｇａ空孔を選択的に形成することができる。

ステップＳ３において、表面１２ｓにＭｇ含有層１３を形成する（図３参照）。Ｍｇ含有層１３は、Ｍｇを含んだ層である。本実施例では、Ｍｇ含有層１３は、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法によりＭｇを蒸着することで形成した。またＭｇ含有層１３の厚さＴ０は、５０ｎｍとした。

ステップＳ４において、プレアニール工程を行う。本実施例では、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）装置を用いて、８００℃で１時間の処理を行った。プレアニール時の圧力および雰囲気は、特に限定されない。本実施例では、常圧の大気雰囲気でプレアニールを行った。

プレアニール工程により、Ｍｇ含有層１３（図３）を、Ｍｇ固体層１３ａおよびＭｇＯ層１３ｂの積層構造（図４）に変化させることができる。Ｍｇ固体層１３ａは、Ｍｇ、Ｇａ、Ｎを含む層である。Ｍｇ固体層１３ａの化学組成は特に限定されない。例えば、窒化マグネシウム（ＭｇＮ）とＧａＮが混ざり合った組成であってもよい。ＭｇＯ層１３ｂは、酸化マグネシウムを含む層である。ＭｇＯ層１３ｂは、Ｍｇ含有層１３の表面がアニール雰囲気中の酸素と反応して形成された変質層である。本実施例では、Ｍｇ固体層１３ａの厚さＴ１、および、ＭｇＯ層１３ｂの厚さＴ２は、２０～５０ｎｍの範囲であった。

Ｍｇ固体層１３ａの厚さＴ１は、Ｍｇ含有層１３の厚さＴ０およびプレアニール工程の温度によって制御することが可能である。例えば、Ｍｇ含有層１３の厚さＴ０を減少させることにより、Ｍｇ固体層１３ａの厚さＴ１を減少させることができる。Ｍｇ固体層１３ａの厚さＴ１によって、後述するＭｇのドーピング濃度を制御することができる。例えば、Ｍｇ固体層１３ａの厚さＴ１を減少させることで、Ｍｇの供給源を減少させることができるため、Ｍｇのドーピング濃度を減少させることができる。

ステップＳ５において、Ｍｇ固体層１３ａの表面に形成されたＭｇＯ層１３ｂを除去する。ＭｇＯ層１３ｂに含まれる酸素は、ＧａＮに対してドナー不純物として機能する。従って、ＭｇＯ層１３ｂを除去することで、酸素によってｐ型特性の発現が阻害されてしまうことを防止できる。除去方法は、ウェットエッチング、ドライエッチング、研磨など、様々であって良い。本明細書では、王水を用いたウェットエッチングにより除去した。

ステップＳ６において、ＭｇＯ層１３ｂが除去されたＭｇ固体層１３ａの表面１３ａｓに、保護層１４を形成する（図５参照）。保護層１４は、高耐熱性および密着性を有していることが好ましい。保護層１４により、後述する拡散アニール工程において、ＧａＮからの窒素脱離を抑制することができる。本実施形態では、保護層１４は、ＭＯＶＰＥ法で成膜した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした。また厚さは３００ｎｍとした。

ステップＳ７において、拡散アニール工程が行われる。拡散アニール工程の温度は、ステップＳ４のプレアニール工程の温度よりも高い。例えば、７００℃～１４００℃の範囲内であってもよい。アニール雰囲気は、特に限定されない。アニール雰囲気には窒素が含まれていてもよい。これにより、保護層１４やＧａＮの熱分解を抑制する効果が得られる。圧力は、１０００気圧以下であってもよい。アニール時間は、後述するＭｇ濃度分布プロファイルに応じて定めればよく、例えば３０秒～１時間の範囲であってよい。サーマルバジェットの観点から、温度が高くなるほどアニール時間が短くなるような相関を持たせてもよい。例えば、１４００℃の場合にはアニール時間を３０秒とし、７００℃の場合にはアニール時間を１時間としてもよい。本実施例では、１３００℃、常圧の大気雰囲気でアニールを行った。またアニール時間は５分間とした。

注入領域ＩＡには、結晶欠陥がボックスプロファイルで形成されている。また結晶欠陥が形成されている領域は、結晶欠陥が形成されていない領域に比して、Ｍｇの拡散速度を高めることができる。従って、拡散アニール工程によって、Ｍｇ固体層１３ａから注入領域ＩＡの全体へＭｇを固相拡散することができる。また前述したように、注入領域ＩＡには、窒素のイオン注入によりＧａ空孔が選択的に形成されているため、Ｇａ空孔にＭｇを置換することで活性化させることができる。これにより、注入領域ＩＡが形成されていた領域に、ｐ型ＧａＮ領域ＰＲを形成することができる（図５参照）

ステップＳ８において、保護層１４を除去する。除去方法は、ウェットエッチングやドライエッチングなど、様々であって良い。本明細書では、ＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）を用いたウェットエッチングにより除去した。以上により、ｐ型ＧａＮ領域の形成フローが終了する。

＜Ｍｇ濃度分布プロファイル＞
上述したフローで作成した基板１における、深さ方向のＭｇ濃度分布プロファイルについて説明する。図６に、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法を用いた、Ｍｇ濃度分布プロファイルを示す。縦軸は、Ｍｇの濃度である。横軸は、ＧａＮ層１２の表面１２ｓからの深さである。

注入領域ＩＡは、窒素イオンがボックスプロファイルで注入されている領域である。本実施例では、注入領域ＩＡの深さＤ１は、約２５０ｎｍである。Ｍｇ濃度分布プロファイルＭＰ１～ＭＰ３は、表面１２ｓに垂直な方向におけるＭｇの濃度分布を示している。Ｍｇ濃度分布プロファイルＭＰ１～ＭＰ３は、注入領域ＩＡ内の窒素濃度が、それぞれ５×１０^１９ｃｍ^－３、５×１０^１８ｃｍ^－３、５×１０^１６ｃｍ^－３、の場合に形成されたプロファイルを示している。

Ｍｇ濃度分布プロファイルＭＰ１～ＭＰ３は、表面から深さ１００ｎｍまでの第１領域Ｒ１内において、Ｍｇ濃度の最大値ＭＶを有している。最大値ＭＶは、１×１０^２０ｃｍ^－３以上である。また、最大値ＭＶとなる領域の、表面１２ｓからの深さは、約１５ｎｍである。効果を説明する。従来、イオン注入法を用いる場合には、表面１２ｓから１５ｎｍ程度の極表面でのＭｇ濃度を１×１０^２０ｃｍ^－３以上の高濃度にすることは困難であった。本明細書の技術では、表面１２ｓからＭｇを固相拡散するため、極表面でのＭｇ濃度を１×１０^２０ｃｍ^－３以上の高濃度にすることができる。これにより、表面１２ｓに形成する電極とのオーミックコンタクトを形成することが可能となる。

Ｍｇ濃度分布プロファイルＭＰ１～ＭＰ３は、最大値ＭＶから深さ方向に広がる幅１００ｎｍ以下の第２領域Ｒ２内において、Ｍｇ濃度が一桁以上変化している。換言すると、最大値ＭＶ（深さ約１５ｎｍ）から深くなることに従って、Ｍｇ濃度が、最大値ＭＶの１／１０以下まで低下している。またＭｇ濃度分布プロファイルＭＰ１～ＭＰ３は、濃度勾配が急激に小さくなる特異点ＳＰ１～ＳＰ３を、第２領域Ｒ２内に備えている。そして、特異点ＳＰ１～ＳＰ３から深くなる方向に、Ｍｇ濃度がほぼ一定となる濃度一定領域ＣＲが存在している。濃度一定領域ＣＲの深さ方向の幅は５０ｎｍ以上である。以上より、深さ方向のＭｇ濃度を急峻に減少させることができていることが分かる。効果を説明する。Ｍｇ濃度分布プロファイルが深さ方向へなだらかに変化する場合には、ｐ型領域の底部に低濃度のｐ型領域が存在することになる。低濃度のｐ型領域は、ｐｎ接合面を形成する際に高抵抗領域となってしまう。一方、本明細書の技術では、Ｍｇ濃度分布プロファイルを急峻にすることができるため、ｐ型領域の底部に低濃度のｐ型領域が存在しない。従って、高濃度のｐ型領域と高濃度のｎ型領域とが接合しているｐｎ接合面を作製することが可能となる。ｐｎ接合面に高抵抗領域が形成されてしまうことを抑制できる。

Ｍｇ濃度分布プロファイルＭＰ１から分かるように、注入領域ＩＡより深い領域（０．２５μｍよりも深い領域）よりも、注入領域ＩＡ（０．２５μｍよりも浅い領域）の方が、Ｍｇ濃度が高くなっている。これは、窒素イオン注入で形成された結晶欠陥でＭｇを捕獲することができるためである。よって、Ｍｇ濃度を高くしたい領域に注入領域ＩＡを形成することにより、所望のＭｇ濃度分布プロファイルを形成することが可能となる。また、Ｍｇ濃度分布プロファイルＭＰ１（窒素濃度５×１０^１９ｃｍ^－３）、ＭＰ２（窒素濃度５×１０^１８ｃｍ^－３）、ＭＰ３（窒素濃度５×１０^１６ｃｍ^－３）の比較から分かるように、注入領域ＩＡ内の窒素濃度が高いほど、Ｍｇ濃度を高くすることができることが分かる。これは、窒素濃度が高いほど結晶欠陥密度を高くすることができるためである。よって、窒素濃度を制御することで、Ｍｇ濃度を間接的に制御することが可能となる。

＜効果＞
固相拡散によりＭｇを拡散する場合、深さ方向のＭｇ濃度分布プロファイル、および、Ｍｇのドーピング濃度は、いわゆる誤差関数プロファイルとなる。熱処理温度及び時間で一意に決定されるため、Ｍｇ濃度分布プロファイルやドーピング濃度を制御することが困難である。従って、各種デバイスで必要とされるボックスプロファイルを形成することや、Ｍｇ濃度を所望の値に調整することが困難である。また１００ｎｍよりも深くＭｇを拡散させるためには、数時間以上の長時間の熱処理が必要となってしまう。そこで本実施例の技術では、結晶欠陥が形成されている注入領域ＩＡへ、Ｍｇを固相拡散させる構成を備えている。Ｇａ空孔でＭｇを捕獲するとともに活性化することができるため、注入領域ＩＡの窒素プロファイルに従うように、Ｍｇ濃度分布プロファイルを形成することができる。また、注入した窒素の濃度を高くするほど、Ｍｇのドーピング濃度を高くすることができる。換言すると、注入領域ＩＡの窒素プロファイルを制御することでＭｇ濃度分布プロファイルを制御することが可能であるとともに、窒素濃度を制御することでＭｇドーピング濃度を制御することが可能である。また、欠陥が形成されている領域の方が、欠陥が形成されていない領域よりもＭｇを拡散させやすいため、１００ｎｍよりも深い領域へＭｇを拡散させるための熱処理時間を大幅に短縮することができる（例：５分）。

従来、Ｍｇのイオン注入によりｐ型ＧａＮ領域を形成するためには、結晶内部に生じた窒素空孔などのダメージを回復するための超高圧での熱処理が必要であった。しかし、圧力１ＧＰａ(約１万気圧)という極めて特殊な環境下での熱処理を必要とするため、実施が困難であった。本明細書の技術では、窒素イオン注入によって注入領域ＩＡを形成するため、窒素空孔の発生を抑制しながらＧａ空孔を積極的に形成することが可能となる。窒素空孔などのダメージを抑制できるため、超高圧での熱処理を不要とすることができる。熱処理を容易に行うことが可能となる。

＜ｐ型ＧａＮ領域の評価結果＞
走査型非線形誘電率顕微鏡（ＳＮＤＭ）を用いて、ｐ型ＧａＮ領域の形成状態を評価した。ＳＮＤＭは、キャリア分布を二次元的に可視化する顕微鏡である。図７および図８に、断面観察結果の一例を示す。縦軸は、基板表面からの深さである。横軸は、表面に水平な方向の位置である。図７および図８では、ｐ型ＧａＮ領域ＰＲが薄い塗りつぶしで示されており、ｎ型ＧａＮ領域ＮＲが濃い塗りつぶしで示されており、高抵抗の真性ＧａＮ領域ＩＲが白色で示されている。

図７は、本実施例の技術で形成したｐ型ＧａＮ領域の断面図である。ｎ^＋－ＧａＮのベース基板１１の（０００１）面上に、約３μｍのアンドープのＧａＮ層１２が形成されている。ＧａＮ層１２の上部には、注入領域ＩＡが形成されている。注入領域ＩＡの水平方向の幅は約１０．５μｍであり、深さＤ１は約２００ｎｍである。注入領域ＩＡには窒素がボックスプロファイルで注入されており、窒素濃度は５×１０^１８ｃｍ^－３である。

図７の本実施例では、注入領域ＩＡの内部において、表面１２ｓから深さ約０．７μｍまでの領域に、ｐ型ＧａＮ領域ＰＲが形成されている。表面１２ｓがｐ型化しているため、注入領域ＩＡ上に電極を形成した場合にオーミックコンタクトを形成することが可能である。また、注入領域ＩＡの外側において、表面１２ｓから深さ約１．０μｍまでの領域に、ｎ型ＧａＮ領域ＮＲが形成されている。また深さ約０．５μｍから３．０μｍまでの領域に真性ＧａＮ領域ＩＲが形成されている。

一方、図８に比較例を示す。比較例は、Ｍｇイオン注入後に超高圧アニーリング（ＵＨＰＡ）を行って形成したｐ型ＧａＮ領域の断面図である。図８の比較例では、ｎ^＋－ＧａＮ基板の上部に、Ｍｇがイオン注入されたＭｇ注入領域ＭＡが形成されている。Ｍｇ注入領域ＭＡ内において、深さ約０．５μｍから２．０μｍまでの領域にｐ型ＧａＮ領域ＰＲが形成されている。しかし、表面１１２ｓから約０．５μｍまでの領域は、真性ＧａＮ領域ＩＲとなっている。すなわち、イオン注入法では、表面１１２ｓをｐ型ＧａＮにすることが困難であることが分かる。従って、Ｍｇ注入領域ＭＡ上に電極を形成しても、オーミックコンタクトを形成することは困難である。

＜結晶欠陥の評価結果＞
環状暗視野走査透過電子顕微鏡(ＡＤＦ－ＳＴＥＭ)を用いて、結晶欠陥の形成状態を評価した。比較例として、Ｍｇイオン注入後に超高圧アニーリング（１ＧＰａ、１４８０℃、５分間）を行うことでｐ型ＧａＮ領域を作成した。そして（１１－２０）面の断面を観察した。比較例では、空孔型の転位ループ欠陥が多数観察され、その平面密度は約３×１０^１０［個／ｃｍ^２］であった。

一方、本実施例の技術で作成したｐ型ＧａＮ領域において、同様の断面を観察したところ、空孔型欠陥起因の楕円形などの転位ループ欠陥やコーヒー豆型欠陥は観察されなかった。換言すると、Ｍｇが添加されている領域のループ欠陥密度が、１×１０^５［個／ｃｍ^２］以下であった。理由を説明する。転位ループ欠陥は、過飽和の点欠陥（空孔、格子間原子）が平板状に集まり、その縁に閉じた転位ができることで形成される。比較例ではＭｇイオン注入により多数の窒素空孔が形成されるため、転位ループ欠陥が多数形成される。一方、本実施例の技術では、Ｍｇイオン注入を行わず、窒素イオン注入を行っている。そして前述のように、窒素イオン注入では窒素空孔の生成が抑制できるため、転位ループ欠陥の形成を抑制することが可能となる。

実施例１では、注入領域ＩＡにＭｇを固相拡散する形態を説明した。実施例２では、注入領域ＩＡにＭｇを気相拡散する形態について説明する。注入領域ＩＡを形成するまでの工程（ステップＳ１～Ｓ２）は同様であるため、説明を省略する。

気相拡散工程では、注入領域ＩＡが形成された基板１を、Ｍｇを含んだ雰囲気中でアニールする。気相Ｍｇ原料の種類は様々であって良い。Ｍｇ蒸気や塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）であってもよい。また、Ｃｐ_２ＭｇやＥｔＣｐ２Ｍｇなどの、各種の有機金属化合物（ＭＯ）であってもよい。また、アニール雰囲気中に窒素を含ませてもよい。例えば、アンモニアや窒素ガスをチャンバ内に供給してもよい。雰囲気中からＧａＮ基板へ窒素を供給することにより、アニールによるＧａＮからの窒素抜けを抑制することができる。本実施例では、Ｃｐ２Ｍｇおよびアンモニアを含んだ雰囲気中で、８３０℃でアニールを行った。

気相拡散工程の後に、保護層１４の形成（ステップＳ６）、拡散アニール工程（ステップＳ７）、保護層１４の除去（ステップＳ８）、を行ってもよい。これにより、気相拡散によるｐ型ＧａＮ領域の形成フローが終了する。

＜効果＞
実施例１の固相拡散では、ｐ型ＧａＮ領域形成後における表面１２ｓの表面モフォロジーが劣化していた。例えば、ＡＦＭ等を用いて表面１２ｓの二乗平均粗さ（ＲＭＳ）を測定したところ、窒素イオン注入（ステップＳ２）後のＲＭＳは、０．２～０．５ｎｍであった。一方、ｐ型ＧａＮ領域完成（ステップＳ８）後のＲＭＳは、７．０ｎｍであった。これは、プレアニール工程（ステップＳ４）においてＭｇ固体層１３ａを形成する際に、表面モフォロジーが劣化するためと考えられる。

一方、実施例２の気相拡散では、Ｍｇ固体層１３ａを形成する工程を省略することができるため、表面１２ｓの表面モフォロジーを改善することができる。例えば、ｐ型ＧａＮ領域完成後のＲＭＳを測定したところ、０．３ｎｍであった。また、表面１２ｓのＡＦＭ像ではステップが観察されたため、原子レベルで平坦な表面が維持されていることが分かった。これにより、基板１をデバイスに適用した場合の各種特性を改善することが可能となる。

実施例３では、注入領域ＩＡにＭｇを液相拡散する形態について説明する。注入領域ＩＡを形成するまでの工程（ステップＳ１～Ｓ２）は同様であるため、説明を省略する。

液相拡散工程では、注入領域ＩＡが形成された基板１を、Ｍｇを含んだ融液に接触させる。融液の種類は様々であって良い。例えば、Ｚｎ－Ｍｇ二元系金属、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ三元系金属、Ｃｕ－Ｍｇ－Ｚｎ三元系金属、などの融液でもよい。または、窒素の溶解度の高い金属の融液であってもよく、例えばＮａなどのアルカリ金属融液であってもよい。本実施例では、Ｍｇ:Ｚｎ比率が５１:２０である、ＭｇＺｎ融液を用いた。また温度は４５０℃とした。

液相拡散工程を実施するための装置構成は様々であって良い。高温（例：４００～１０００℃）および高圧（例：数十気圧）の環境下で坩堝内に融液を生成し、その融液に基板１を接触させてもよい。また、融液内に窒素ガス（Ｎ_２）を溶け込ませることで、ＧａＮからの窒素抜けを抑制してもよい。

液相拡散工程の後に、保護層１４の形成（ステップＳ６）、拡散アニール工程（ステップＳ７）、保護層１４の除去（ステップＳ８）、を行ってもよい。これにより、液相拡散によるｐ型ＧａＮ領域の形成フローが終了する。

実施例４では、注入領域ＩＡにＭｇをプラズマドーピングする形態について説明する。注入領域ＩＡを形成するまでの工程（ステップＳ１～Ｓ２）は同様であるため、説明を省略する。

プラズマドーピング工程では、注入領域ＩＡが形成された基板１を、真空容器内のバイアス電極にセットする。そしてＭｇを含むガスからなるプラズマを発生させ、プラズマ中のＭｇイオンを表面１２ｓに向かって加速させることによって、注入領域ＩＡ中にＭｇを導入することができる。

プラズマドーピング工程の後に、保護層１４の形成（ステップＳ６）、拡散アニール工程（ステップＳ７）、保護層１４の除去（ステップＳ８）、を行ってもよい。これにより、プラズマドーピングによるｐ型ＧａＮ領域の形成フローが終了する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

（変形例）
本明細書の技術を適用可能な窒化物半導体は、ＧａＮに限定されるものではない。例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮなどの二元系、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮなどの三元系、ＡｌＧａＩｎＮなどの四元系の窒化物半導体にも適用可能である。また、ＡｌＧａＩｎＮ系窒化物半導体層が少なくとも１層形成されているサファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ_３、ＺｒＢ_２、スピネル、ダイヤモンド、ＰＥＴなどにも適用可能である。

本明細書のＭｇの拡散技術は、基板１の上面に限られず、様々な構造の表面に対しても適用可能である。例えば、トレンチの内壁の表面に対しても適用可能である。

ステップＳ２で注入されるイオンは、窒素イオン単体に限られず、様々なイオンを含んでいてもよい。例えば、水素イオンやフッ素イオンなどを含んでいても良い。

ステップＳ２は、結晶欠陥を導入することを目的とする工程であるため、イオン注入に限られない。例えば、電子線の照射によって結晶欠陥を導入してもよい。

ステップＳ３で形成するＭｇ含有層１３は、Ｍｇを含む化合物であってもよい。例えば、ＭｇＯ、ＭｇＺｎＯ、などであってもよい。

保護層１４を形成せずに拡散アニール工程を行ってもよい。この場合、ステップＳ６をスキップすればよい。ＭｇＯ層１３ｂは除去しなくてもよい。この場合、ステップＳ５をスキップすればよい。

上記の実施例では、ｐ型領域を形成するためのII族元素の一例としてマグネシウム（Ｍｇ）を用いていたが、この構成に限定されるものではない。II族元素は、例えばベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）等であってもよい。また、ｎ型領域を形成するための元素の一例としてシリコン（Ｓｉ）を用いていたが、この構成に限定されず、ゲルマニウム（Ｇｅ）などを用いてもよい。

ステップＳ２の工程は、欠陥形成工程の一例である。ステップＳ７の拡散アニール工程は、第１の熱処理工程の一例である。ステップＳ４のプレアニール工程は、第２の熱処理工程の一例である。ＭｇＯ層１３ｂは、変質層の一例である。

１：基板 １１：ベース基板 １２：ＧａＮ層 １２ｓ：表面 １３：Ｍｇ含有層 １３ａ：Ｍｇ固体層 １３ｂ：ＭｇＯ層 １４：保護層

Claims (12)

1. 窒化物半導体基板の製造方法であって、
   結晶欠陥を基板の表面から内部側へ形成する欠陥形成工程と、
   前記基板の表面にＭｇを含んだ固体層であるＭｇ固体層を形成するＭｇ固体層形成工程と、
   前記Ｍｇ固体層が形成されている前記基板を加熱する第１の熱処理工程と、
   を備える、窒化物半導体基板の製造方法。
2. 前記Ｍｇ固体層の表面に保護層を形成する保護層形成工程をさらに備え、
   前記第１の熱処理工程は、前記保護層が形成されている前記基板を加熱する、請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
3. 前記第１の熱処理工程よりも低い温度で前記基板を加熱する第２の熱処理工程をさらに備え、
   前記第２の熱処理工程は、前記Ｍｇ固体層形成工程の後であって前記保護層形成工程の前に行われる、請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
4. 前記第２の熱処理工程によって前記Ｍｇ固体層の表面に形成された変質層を除去する工程をさらに備え、
   前記保護層は、前記変質層が除去された前記Ｍｇ固体層の表面に形成される、請求項３に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
5. 窒化物半導体基板の製造方法であって、
   結晶欠陥を基板の表面から内部側へ形成する欠陥形成工程と、
   前記基板の表面にＭｇを含んだ融液を接触させる工程と、
   を備える、窒化物半導体基板の製造方法。
6. 前記融液はＺｎを含んでおり、
   前記融液の温度は４５０℃以上である、請求項５に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
7. 窒化物半導体基板の製造方法であって、
   結晶欠陥を基板の表面から内部側へ形成する欠陥形成工程と、
   前記基板をＭｇを含んだ特定雰囲気中に配置する工程と、
   前記特定雰囲気中で前記基板を加熱する熱処理工程と、
   を備える、窒化物半導体基板の製造方法。
8. 前記欠陥形成工程は、窒素イオンを前記基板の表面から注入する工程を備えている、請求項１～７の何れか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
9. 窒化物半導体基板であって、
   前記窒化物半導体基板の表面に垂直な方向におけるＭｇの濃度分布は、前記表面から深さ１００ナノメートルまでの第１領域内において最大値を有しており、
   前記最大値が１×１０^２０ｃｍ^－３以上である、
   窒化物半導体基板。
10. 前記Ｍｇの濃度分布は、前記最大値から深さ方向に広がる幅１００ナノメートル以下の第２領域内において、濃度が一桁以上変化している、請求項９に記載の窒化物半導体基板。
11. 前記Ｍｇの濃度分布は、前記第２領域内に濃度勾配が急激に小さくなる特異点を備えており、
    前記特異点から深さ方向へ向かってＭｇ濃度がほぼ一定となる濃度一定領域が存在しており、
    前記濃度一定領域の深さ方向の幅は５０ナノメートル以上である、請求項１０に記載の窒化物半導体基板。
12. Ｍｇが添加されている領域の断面視におけるループ欠陥の平面密度が、１×１０^５［個／ｃｍ^２］以下である、請求項９～１１の何れか１項に記載の窒化物半導体基板。
    

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