Ｇａ₂Ｏ₃系單晶體的供體濃度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠在Ga2O3系單晶體中形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性的區(qū)域的、使用了離子注入法的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法。通過如下方法來控制Ga2O3系單晶體(1)的供體濃度，所述方法包括：利用離子注入法向Ga2O3系單晶體(1)導(dǎo)入第IV族元素作為供體雜質(zhì)，在Ga2O3系單晶體(1)中形成第IV族元素的濃度比未注入第IV族元素的區(qū)域高的供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域(3)的工序，和通過800℃以上的退火處理，從而使供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域(3)中的第IV族元素活化而形成高供體濃度區(qū)域的工序。
【專利說明】Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法
[0001 ] 本申請是分案申請，原案申請的申請?zhí)枮?01280043331.2，申請日為2012年08月02日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為uGa2O3系單晶體的供體濃度控制方法”。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法，特別涉及利用了離子注入法的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]作為現(xiàn)有的Ga2O3單晶的形成方法，已知有邊使Ga2O3單晶生長邊添加S1、Sn等第IV族元素而對Ga2O3單晶賦予導(dǎo)電性的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]另外，作為現(xiàn)有的其它Ga2O3單晶的形成方法，已知有邊向藍(lán)寶石基板上添加Sn等雜質(zhì)邊使P-Ga2O3結(jié)晶異質(zhì)外延生長而形成具有導(dǎo)電性的P-Ga2O3結(jié)晶膜的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
[0005]另外，已知有通過離子注入向SiC結(jié)晶導(dǎo)入雜質(zhì)離子的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)3)0
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-235961號公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本專利第4083396號公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:日本專利第4581270號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]另一方面，在用于對Ga2O3單晶等氧化物單晶賦予導(dǎo)電性的雜質(zhì)的導(dǎo)入中，難以利用離子注入法。這是由于氧化物中容易發(fā)生離子注入所致的損傷，即使離子注入后進(jìn)行退火處理也難以使損傷充分恢復(fù)。認(rèn)為在氧化物單晶中，由于在離子注入時(shí)氧缺陷，所以結(jié)晶的損傷變大。
[0012]然而，離子注入法具有能夠在母結(jié)晶形成后控制雜質(zhì)濃度、能夠較容易地局部導(dǎo)入雜質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。
[0013]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在Ga2O3系單晶體中形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性的區(qū)域的、使用了離子注入法的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方式提供[I]?[5]的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法。
[0015][ I ] 一種Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法，包括:利用離子注入法向Ga2O3系單晶體導(dǎo)入第IV族元素作為供體雜質(zhì)，在上述Ga2O3系單晶體中形成上述第IV族元素的濃度比未注入上述第IV族元素的區(qū)域高的供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域的工序，和通過800°C以上的退火處理，從而使上述供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域中的上述第IV族元素活化而形成高供體濃度區(qū)域的工序。
[0016][2]根據(jù)上述[I]中記載的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法，其中，上述退火處理在氮環(huán)境下且800°C以上的條件下實(shí)施。
[0017][3]根據(jù)上述[I]中記載的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法，其中，上述退火處理在氧環(huán)境下且800°C?950°C的條件下實(shí)施。
[0018][4]根據(jù)上述[I]?[3]中任一項(xiàng)記載的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法，其中，利用在上述Ga2O3系單晶體上形成的掩模，向上述Ga2O3系單晶體的表面的部分區(qū)域?qū)肷鲜龅贗V族元素，在上述Ga2O3系單晶體的上述表面的部分區(qū)域形成上述供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域。
[0019][5]根據(jù)上述[I]中記載的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法，其中，上述Ga2O3系單晶體是Ga2O3系單晶基板或在支承基板上形成的Ga2O3系結(jié)晶膜。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種可在Ga2O3系單晶體中形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性的區(qū)域的、利用了離子注入法的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法。
【附圖說明】
[0021]圖1A是表示離子注入工序的一個(gè)例子的P-Ga2O3系單晶體的截面圖。
[0022]圖1B是表示離子注入工序的一個(gè)例子的P-Ga2O3系單晶體的截面圖。
[0023]圖1C是表示離子注入工序的一個(gè)例子的P-Ga2O3系單晶體的截面圖。
[0024]圖1D是表示離子注入工序的一個(gè)例子的^-Ga2O3系單晶體的截面圖。
[0025]圖2是表示離子注入后的在氮環(huán)境下的退火處理溫度與P-Ga2O3單晶膜的導(dǎo)電性的關(guān)系的圖。
[0026]圖3是表示離子注入后的在氧環(huán)境下的退火處理溫度與P-Ga2O3單晶膜的導(dǎo)電性的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]〔實(shí)施方式〕
[0028]根據(jù)本實(shí)施方式，通過利用離子注入法向Ga2O3系單晶體導(dǎo)入供體雜質(zhì)，在規(guī)定的條件下實(shí)施退火處理，從而能夠在Ga2O3系單晶體中形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性的高供體濃度區(qū)域。以下，作為該實(shí)施方式的一個(gè)例子，對P-Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)予說明，本實(shí)施方式的Ga2O3系單晶體不限于P-Ga2O3系單晶體，也可以是Ct-Ga2O3系單晶體等具有其它結(jié)構(gòu)的Ga2O3系單晶體。
[0029]圖1A?ID是表示離子注入工序的一個(gè)例子的P-Ga2O3系單晶體的截面圖。
[0030]首先，如圖1A所示，在P-Ga2O3系單晶體I上形成掩模2。掩模2利用光刻法等形成。
[0031]接下來，如圖1B所示，利用離子注入向i3-Ga203系單晶體I注入供體雜質(zhì)，在P-Ga2O3系單晶體I的表面形成供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域3。此時(shí)，由于沒有在P-Ga2O3系單晶體I的被掩模2覆蓋的區(qū)域注入供體雜質(zhì)，所以供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域3形成在P-Ga2O3系單晶體I的表面的部分區(qū)域。供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域3的供體雜質(zhì)濃度比P-Ga2O3系單晶體I的沒有注入供體雜質(zhì)的區(qū)域的供體雜質(zhì)濃度高。
[0032]應(yīng)予說明，可以不使用掩模2地進(jìn)行離子注入，在P-Ga2O3系單晶體I的整個(gè)表面形成供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域3。另外，可以通過調(diào)整離子注入的條件來控制供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域3的深度、濃度分布。
[0033]接下來，如圖1C所示，除去掩模2。
[0034]然后，如圖1D所示，通過實(shí)施800°C以上的退火處理，從而使供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域3的供體雜質(zhì)活化，形成供體濃度高的高供體濃度區(qū)域4。另外，可以利用該退火處理使由離子注入引起的P-Ga2O3系單晶體I的損傷恢復(fù)。具體的退火處理的條件例如是氮環(huán)境、氬環(huán)境等非活性環(huán)境下且800°C以上，氧環(huán)境下且800°C?950°C。
[0035]P-Ga2O3系單晶體I由P-Ga2O3單晶或添加了Al、In等元素的P-Ga2O3單晶構(gòu)成。例如，也可以是作為添加了Al和In的0_Ga2O3結(jié)晶(GaxAlyIn(i—x—y))203(0<x<l，0<y<l，0<x+y< I)的結(jié)晶。添加Al時(shí)帶隙變寬，添加In時(shí)帶隙變窄。
[0036]P-Ga2O3系單晶體I例如是P-Ga2O3系單晶基板、在支承基板上形成的P-Ga2O3系結(jié)晶膜。
[0037]作為利用離子注入法向P-Ga2O3系單晶體I導(dǎo)入的供體雜質(zhì)，可使用S1、Sn、Ge等第IV族元素。
[0038]圖2是表示離子注入后的在氮環(huán)境下的退火處理的溫度與作為P-Ga2O3系單晶體的P-Ga2O3單晶基板的導(dǎo)電性的關(guān)系的圖。圖2的縱軸表示P-Ga2O3單晶基板的高供體濃度區(qū)域的每單位立方厘米的供體密度與受體密度之差(Nd-Na)，即作為η型半導(dǎo)體的P-Ga2O3單晶基板的高供體濃度區(qū)域的導(dǎo)電性的高低。圖2的橫軸表示氮環(huán)境下的退火處理的溫度。退火處理各實(shí)施30分鐘。
[0039]該高供體濃度區(qū)域是深度200nm的箱型的區(qū)域，是通過向供體濃度為3Χ1017/cm3的^-Ga2O3單晶基板離子注入濃度lX1019/cm3的Si或Sn而形成的。另外，該高供體濃度區(qū)域是通過向以(010)面為主面的P-Ga2O3單晶基板的主面垂直注入供體雜質(zhì)而形成的。
[0040]圖2中的■和▲分別表示注入Si和Sn作為供體雜質(zhì)時(shí)的Nd-Na的值。另外，?表示未注入供體雜質(zhì)時(shí)的Nd-Na的值。
[0041 ] 如圖2所示，注入Si時(shí)、注入Sn時(shí)，通過800°C以上的退火處理，Nd-Na的值均變高。即，通過在離子注入后在氮環(huán)境下實(shí)施800 °C以上的退火處理，從而能夠?qū)-Ga2O3單晶基板賦予高導(dǎo)電性。應(yīng)予說明，未注入供體雜質(zhì)時(shí)，即使提高退火處理的溫度，Nd-Na的值也不會大幅增加。
[0042]圖3是表示離子注入后的在氧環(huán)境下的退火處理的溫度與作為P-Ga2O3系單晶體的P-Ga2O3單晶基板的導(dǎo)電性的關(guān)系的圖。圖3的縱軸表示P-Ga2O3單晶基板的高供體濃度區(qū)域的每單位立方厘米的供體密度與受體密度之差(Nd-Na)，即作為η型半導(dǎo)體的P-Ga2O3單晶基板的高供體濃度區(qū)域的導(dǎo)電性的高低。圖3的橫軸表示在氧環(huán)境下的退火處理的溫度。退火處理各實(shí)施30分鐘。
[0043 ] 圖3中的■和▲分別表示注入S i和Sn作為供體雜質(zhì)時(shí)的Nd-Na的值。
[0044]如圖3所示，注入Si時(shí)，通過8000C?950 V的退火處理而Nd-Na的值變高。另外，注入Sn時(shí)，通過800°C?1100°C的退火處理而Nd-Na的值變高。即，通過在離子注入后在氧環(huán)境下實(shí)施800°C?950°C的退火處理，從而能夠?qū)-Ga2O3單晶基板賦予高導(dǎo)電性。
[0045](實(shí)施方式的效果)
[0046]根據(jù)本實(shí)施方式，通過利用離子注入法向P-Ga2O3系結(jié)晶體導(dǎo)入供體雜質(zhì)，在規(guī)定的條件下實(shí)施退火處理，從而能夠在P-Ga2O3系結(jié)晶體中形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性的高供體濃度區(qū)域。由于利用離子注入法形成高供體濃度區(qū)域，所以能夠在P-Ga2O3系結(jié)晶體形成后控制高供體濃度區(qū)域的供體濃度，賦予所希望的導(dǎo)電性。另外，通過利用掩模等，從而能夠在β_Ga2O3系結(jié)晶體中局部地形成高供體濃度區(qū)域。
[0047]以上，說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但上述中記載的實(shí)施方式不限定專利申請要求保護(hù)的范圍所涉及的發(fā)明。另外，應(yīng)該注意實(shí)施方式中說明的特征的所有組合未必是用于解決發(fā)明的課題的手段所必需的。
[0048]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0049]本發(fā)明提供一種能夠在Ga2O3系單晶體中形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性的區(qū)域的、利用了離子注入法的Ga2O3系單晶體的供體濃度控制方法。
[0050]符號說明
[0051 ] 1...Μ^2θ3系單晶體，2...掩模，3...供體雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域，4...高供體濃度區(qū)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種0-Ga2O3系單晶，包含: 具有側(cè)面和底面的、被控制為第I供體濃度的第I區(qū)域；以及 包圍上述第I區(qū)域的上述側(cè)面和底面的、被控制為比上述第I供體濃度低的第2供體濃度的第2區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FGa2O3系單晶，其中，上述第I區(qū)域的作為上述第I供體濃度的供體密度與受體密度之差(Nd-Na)為5 X 11Vcm3以上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FGa2O3系單晶，其中，上述第2區(qū)域的作為上述第2供體濃度的供體密度與受體密度之差(Nd-Na)為4X 11Vcm3以下。4.一種0-Ga2O3系單晶體，包含: 俯視的形狀和深度被控制的、具有第I供體濃度的第I區(qū)域；以及 與上述第I區(qū)域相接的界面被控制的、具有比上述第I供體濃度低的第2供體濃度的第2區(qū)域。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的P-Ga2O3系單晶體，其中，上述第I區(qū)域的作為上述第I供體濃度的供體密度與受體密度之差(Nd-Na)為5 X 11Vcm3以上。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的P-Ga2O3系單晶體，其中，上述第2區(qū)域的作為上述第2供體濃度的供體密度與受體密度之差(Nd-Na)為4X 11Vcm3以下。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的P-Ga2O3系單晶體，其中， 上述第I區(qū)域?yàn)橄湫偷膮^(qū)域， 上述第2區(qū)域是具有與上述箱型的區(qū)域的側(cè)面和底面相接的凹部狀的界面的區(qū)域。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的P-Ga2O3系單晶體，其中， 上述單晶體是立方體， 上述第I區(qū)域是在上述立方體的整個(gè)表面以規(guī)定的深度形成的區(qū)域， 上述第2區(qū)域是上述立方體的剩余的區(qū)域。
【文檔編號】H01L21/425GK106098756SQ201610438834
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2012年8月2日
【發(fā)明人】佐佐木公平
【申請人】株式會社田村制作所