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制作III族氮化物 半导体和半导体元件的方法、III族氮化物半导体装置、进行 热处理的方法

阅读：868发布：2023-02-19

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权利要求

1.一种制作III族氮化物半导体的方法，其具有：
准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和
使用还原性气体和氮源气体进行所述III族氮化物半导体的处理，形成导电性III族氮化物半导体的工序，
所述处理包括：
将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行所述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；和
在进行所述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至所述处理装置，进行所述III族氮化物半导体的第二热处理的工序，在所述第一热处理中，所述第一流量大于零，所述第二流量为零以上，在所述第二热处理中，所述第四流量大于零，所述第三流量为零以上，所述第二流量小于所述第四流量。
2.如权利要求1所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一处理和所述第二处理交替反复进行。
3.如权利要求1或2所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一热处理在摄氏800度以上的温度下进行，
所述第二热处理在摄氏800度以上的温度下进行。
4.如权利要求1～3中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一热处理在摄氏1450度以下的温度下进行，所述第二热处理在摄氏1450度以下的温度下进行。
5.如权利要求1～4中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一热处理的所述还原性气体包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种，所述第二热处理的所述还原性气体包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种。
6.如权利要求1～5中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述第一热处理的所述氮源气体包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种，所述第二热处理的所述氮源气体包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种。
7.如权利要求1～6中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述n型掺杂剂包含硅(Si)、锗(Ge)和氧(O)中的至少任意一种。
8.如权利要求1～7中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述p型掺杂剂包含镁(Mg)、钙(Ca)、碳(C)、铍(Be)、钇(Y)和锌(Zn)中的至少任意一种。
9.如权利要求1～8中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述处理还包括：
将包含第五流量的还原性气体和第六流量的氮源气体的第三处理气体供给至处理装置的同时，进行所述III族氮化物半导体的第三热处理的工序；和
在进行所述第三热处理后，将包含第七流量的还原性气体和第八流量的氮源气体的第四处理气体供给至所述处理装置，进行所述III族氮化物半导体的第四热处理的工序。
10.如权利要求1～9中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，在所述第一热处理中不供给所述氮源气体。
11.如权利要求1～10中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，在所述第二热处理中不供给所述还原性气体。
12.如权利要求1～11中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的III族氮化物半导体包含p型导电性区域。
13.如权利要求1～12中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的III族氮化物半导体包含n型导电性区域。
14.如权利要求1～13中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的III族氮化物半导体包含所述p型掺杂剂和所述n型掺杂剂二者。
15.如权利要求1～14中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的III族氮化物半导体包含第一部分和第二部分，该III族氮化物半导体的所述第一部分显示n型导电性，该III族氮化物半导体的所述第二部分显示p型导电性。
16.如权利要求1～15中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，还具有使III族氮化物半导体层在生长炉中生长的工序，
所述准备III族氮化物半导体的工序包括将所述掺杂剂离子注入到所述III族氮化物半导体层形成所述III族氮化物半导体的工序。
17.如权利要求16所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，还具有在所述III族氮化物半导体层上形成具有图案的掩模的工序，
所述准备III族氮化物半导体的工序包括：使用所述掩模将所述掺杂剂离子注入到所述III族氮化物半导体层形成所述III族氮化物半导体的工序。
18.如权利要求1～17中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述准备III族氮化物半导体的工序包括：将所述掺杂剂和原料气体供给至生长炉的同时，使III族氮化物半导体层生长的工序。
19.如权利要求18所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述原料气体包含有机金属物质，
所述掺杂剂包含p型掺杂剂。
20.如权利要求1～19中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述导电性III族氮化物半导体包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域，
所述导电性III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的p型掺杂剂分布区和n型掺杂剂分布区，
在所述导电性III族氮化物半导体的所述第一区域中，所述n型掺杂剂分布区中的n型掺杂剂浓度大于所述p型掺杂剂分布区的p型掺杂剂浓度，
在所述导电性III族氮化物半导体的所述第二区域中，所述p型掺杂剂分布区中的p型掺杂剂浓度大于所述n型掺杂剂分布区的n型掺杂剂浓度。
21.如权利要求1～20中任一项所述的制作III族氮化物半导体的方法，其中，所述III族氮化物半导体具有GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN和InAlGaN中的至少任意一种。
22.一种制作半导体元件的方法，其为用于制作使用III族氮化物半导体的半导体元件的方法，其中，具有：
准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和
使用还原性气体和氮源气体进行所述III族氮化物半导体的处理，形成导电性III族氮化物半导体的工序，
所述处理包括：
将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行所述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；和
在进行所述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至所述处理装置，进行所述III族氮化物半导体的第二热处理的工序，在所述第一热处理中，所述第一流量大于零，所述第二流量为零以上，在所述第二热处理中，所述第四流量大于零，所述第三流量为零以上，所述第二流量小于所述第四流量。
23.如权利要求22所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一处理和所述第二处理交替反复进行。
24.如权利要求22或23所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一热处理在摄氏
800度以上的温度下进行，
所述第二热处理在摄氏800度以上的温度下进行。
25.如权利要求22～24中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一热处理在摄氏1450度以下的温度下进行，
所述第二热处理在摄氏1450度以下的温度下进行。
26.如权利要求22～25中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一热处理的所述还原性气体包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种，
所述第二热处理的所述还原性气体包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种。
27.如权利要求22～26中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一热处理的所述氮源气体包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种，
所述第二热处理的所述氮源气体包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种。
28.如权利要求22～27中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述n型掺杂剂包含硅(Si)、锗(Ge)和氧(O)中的至少任意一种。
29.如权利要求22～28中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述p型掺杂剂包含镁(Mg)、钙(Ca)、碳(C)、铍(Be)、钇(Y)和锌(Zn)中的至少任意一种。
30.如权利要求22～29中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有使III族氮化物半导体层在生长炉中生长的工序，
所述准备III族氮化物半导体层的工序包括将所述掺杂剂向所述III族氮化物半导体层中进行一次或多次离子注入，形成所述III族氮化物半导体的工序，所述多次离子注入使用相互不同的加速能量。
31.如权利要求30所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有在所述III族氮化物半导体层上形成具有图案的掩模的工序，
所述准备III族氮化物半导体的工序包括：使用所述掩模将所述掺杂剂离子注入到所述III族氮化物半导体层形成所述III族氮化物半导体层的工序。
32.如权利要求31所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有：
在形成所述掩模前使包含与所述III族氮化物半导体层不同的材料的掩模膜生长的工序；和
在所述掩模膜上形成图案形成后的抗蚀剂掩模的工序，
在形成所述掩模的工序中，利用所述抗蚀剂掩模对所述掩模进行蚀刻，形成所述掩模。
33.如权利要求31或32所述的制作半导体元件的方法，其中，所述III族氮化物半导体层的表面包含GaN或AlGaN，
所述掩模包含与III族氮化物半导体层的表面的材料不同的III族氮化物。
34.如权利要求31～33中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述掩模包含AlN层或AlGaN层。
35.如权利要求31～34中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有在进行所述III族氮化物半导体的所述处理后除去所述掩模、使所述III族氮化物半导体层的表面露出的工序。
36.如权利要求35所述的制作半导体元件的方法，其中，所述掩模的除去是使用碱性的水溶液进行的。
37.如权利要求22～36中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，应用了所述第一热处理和所述第二热处理后的导电性III族氮化物半导体的表面包含p型导电性区域和n型导电性区域。
38.如权利要求22～37中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述半导体元件包含肖特基二极管，
所述导电性III族氮化物半导体包含所述肖特基二极管的p型保护环。
39.如权利要求22～38中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有以与所述导电性III族氮化物半导体接触的方式形成肖特基电极的工序。
40.如权利要求22～37中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述半导体元件包含晶体管，
所述导电性III族氮化物半导体包含所述晶体管的p型阱。
41.如权利要求22～37和40中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述半导体元件包含晶体管，
所述导电性III族氮化物半导体包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域，
所述导电性III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的第一导电型掺杂剂分布区和第二导电型掺杂剂分布区，
在所述导电性III族氮化物半导体的所述第一区域中，所述第一导电型掺杂剂分布区中的第一导电型掺杂剂浓度大于所述第二导电型掺杂剂分布区中的第二导电型掺杂剂浓度，
在所述导电性III族氮化物半导体的所述第二区域中，所述第二导电型掺杂剂分布区中的第二导电型掺杂剂浓度大于所述第一导电型掺杂剂分布区中的第一导电型掺杂剂浓度。
42.如权利要求41所述的制作半导体元件的方法，其中，所述第一导电型掺杂剂分布区为n型掺杂剂分布区，
所述第二导电型掺杂剂分布区为p型掺杂剂分布区，
所述导电性III族氮化物半导体包含从所述第二区域延伸存在、以包围所述第一区域的方式到达所述导电性III族氮化物半导体的表面的第三区域，
所述第一区域包含所述晶体管的源极区域，
所述第二区域和所述第三区域包含所述晶体管的阱区域。
43.如权利要求42所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有以与所述阱区域和所述源极区域构成接触的方式形成电极的工序。
44.如权利要求42或43所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有：
在所述阱区域上形成栅膜的工序；和
在所述栅膜上形成栅电极的工序。
45.如权利要求22～37中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述半导体元件包含面结型二极管，
所述导电性III族氮化物半导体包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域，
所述III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的p型掺杂剂分布区和n型掺杂剂分布区，
在所述III族氮化物半导体的所述第一区域中，所述p型掺杂剂分布区中的p型掺杂剂浓度大于所述n型掺杂剂分布区的n型掺杂剂浓度，
在所述III族氮化物半导体的所述第二区域中，所述n型掺杂剂分布区中的n型掺杂剂浓度大于所述p型掺杂剂分布区的p型掺杂剂浓度，
该方法还具有形成与所述导电性III族氮化物半导体的所述第一区域构成接触的电极的工序。
46.如权利要求45所述的制作半导体元件的方法，其中，所述导电性III族氮化物半导体的所述第一区域和所述第二区域构成用于所述面结型二极管的pn结。
47.如权利要求45所述的制作半导体元件的方法，其中，所述导电性III族氮化物半导体包含设置在所述第一区域与所述第二区域之间的i型区域，
所述第一区域、所述i型区域和所述第二区域构成用于所述面结型二极管的pin结。
48.如权利要求22～47中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有：
准备具有主面和背面的导电性基板的工序；和
在形成所述导电性III族氮化物半导体后，在所述导电性基板的所述背面形成背面电极的工序，
在所述准备III族氮化物半导体的工序中，包括在所述导电性基板的所述主面上以包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少任意一种掺杂剂的方式形成所述III族氮化物半导体的工序。
49.如权利要求22～48中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，在所述第一热处理中不供给所述氮源气体，在所述第二热处理中所述第四流量大于零。
50.如权利要求22～49中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，还具有：
在进行使用所述还原性气体和所述氮源气体的所述处理后，进行所述III族氮化物半导体的表面的观察的工序；和
在所述观察中在所述III族氮化物半导体的表面上显现形貌的情况下，进行应用制作半导体元件的方法中的后续处理的判断的工序。
51.如权利要求50所述的制作半导体元件的方法，其中，在所述判断后，还具有在所述导电性III族氮化物半导体上形成电极的工序。
52.如权利要求22～51中任一项所述的制作半导体元件的方法，其中，所述准备III族氮化物半导体的工序包括所述III族氮化物半导体的再生长和埋入生长中的任意一种。
53.一种进行热处理的方法，用于进行III族氮化物半导体的热处理，其具有：
准备被离子注入后的III族氮化物半导体的工序；
使用能够提供用于所述III族氮化物半导体的构成元素的氮源的氮源气体、和能够提供还原性气氛的还原性气体，对所述被离子注入后的III族氮化物半导体在摄氏800度以上且摄氏1450度以下的范围内的温度下进行热处理的工序，
所述热处理进行如下工序：
进行所述还原性气体的流量为大于零的流量的第一处理的工序、和进行所述氮源气体的流量为大于零的流量的第二处理的工序，
其中，
所述第一处理中的氮源气体的流量小于所述第二处理中的氮源气体的流量。
54.如权利要求53所述的进行热处理的方法，其中，所述第一处理和所述第二处理交替进行。
55.一种进行热处理的方法，用于进行III族氮化物半导体的热处理，其中，具有：
准备被离子注入后的III族氮化物半导体的工序；
使用对于所述III族氮化物半导体而言作为氮源的氮源气体、和可以提供能够将所述III族氮化物半导体还原的还原性气氛的还原性气体，对所述被离子注入后的III族氮化物半导体在摄氏800度以上且摄氏1450度以下的范围内的温度下进行热处理的工序，在所述热处理中，调节所述还原性气体的流量和所述氮源气体的流量，进行将所述被离子注入后的III族氮化物半导体暴露于包含所述还原性气体的还原性气氛中的第一处理，并且在所述第一处理后，进行将所述被离子注入后的III族氮化物半导体暴露于包含所述氮源气体的氮源气氛中的第二处理。
56.如权利要求55所述的进行热处理的方法，其中，所述第一处理和所述第二处理交替进行。
57.一种进行热处理的方法，用于进行III族氮化物半导体的热处理，其中，具有：
准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少任意一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；
使用还原性气体和氮源气体进行所述III族氮化物半导体的处理的工序，所述处理包括：
将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行所述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；
在进行所述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至所述处理装置，进行所述III族氮化物半导体的第二热处理的工序，在所述第一热处理中，所述第一流量大于零，所述第二流量为零以上，在所述第二热处理中，所述第四流量大于零，所述第三流量为零以上，所述第二流量小于所述第四流量。
58.如权利要求57所述的进行热处理的方法，其中，所述第一处理和所述第二处理交替进行。
59.一种III族氮化物半导体装置，其具有III族氮化物半导体区域，
在所述III族氮化物半导体区域的一部分中选择性地注入有p型掺杂剂，该被注入后的p型掺杂剂通过权利要求57所述的方法而被活化。
60.一种III族氮化物半导体装置，其包含具有p型保护环的肖特基势垒二极管，所述p型保护环的p型掺杂剂通过权利要求57所述的方法而被活化。
61.一种III族氮化物半导体装置，其包含具有用于阱的p型半导体和用于n型接触的n型半导体的纵向晶体管，
所述p型半导体和n型半导体的各掺杂剂通过权利要求57所述的方法而被活化。
62.一种III族氮化物半导体装置，其具有具有第一部分和第二部分的III族氮化物半导体区域，
在所述III族氮化物半导体区域的所述第一部分中选择性地离子注入有Mg，并且在所述III族氮化物半导体区域的所述第二部分中没有被离子注入，
该被注入的Mg进行了活化，并且该第一部分的表面具有与所述第二部分的表面不同的表面形貌。
63.一种III族氮化物半导体装置，其包含具有p型保护环和n型半导体区域的肖特基势垒二极管，
所述p型保护环的p型掺杂剂进行了活化，
所述p型保护环的表面的至少一部分具有与所述n型半导体区域的表面形貌不同的表面形貌。
64.一种III族氮化物半导体装置，其包含具有用于阱的p型半导体区域和用于n型接触的n型半导体区域的纵向晶体管，
所述p型半导体区域的掺杂剂和所述n型半导体区域的掺杂剂进行了活化，所述p型半导体区域和所述n型半导体区域中的任意一个表面的至少一部分表面具有与其他部分的表面形貌不同的表面形貌。

说明书全文

制作III族氮化物 半导体和半导体元件的方法、III族氮化

物半导体装置、进行热处理的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、进行III族氮化物半导体的热处理的方法和III族氮化物半导体装置。

背景技术

[0002] 专利文献1公开了通过离子注入法形成p型氮化镓系半导体区域的方法。非专利文献1公开了利用离子注入法的p型半导体的制作。非专利文献2公开了利用热扩散法的制作p型半导体的方法。

[0003] 专利文献

[0004] 专利文献1：日本特开2009-170604号公报

[0005] 非专利文献

[0006] 非专利文献1：Journal of Applied Physics,第90卷(2001)3750 [0007] 非专利文献2：第68届应用物理学会学术演讲会演讲预备稿集4p-N-5 发明内容

[0008] 在非专利文献1中，通过离子注入法制作p型半导体。使蓝宝石基板上的无掺杂GaN生长后，在该外延膜中进行铍(Be)和氧(O)的共注入，然后，在氮气(N2)气氛中进行退火，使由离子注入产生的损坏恢复。然后，进行退火后的GaN的霍尔测定。退火后的GaN显示p型的特性。另一方面，在该外延膜中进行镁(Mg)和氧(O)的共注入，然后，在氮气(N2)气氛中进行退火，恢复由离子注入产生的损坏。该退火后的GaN完全没有显示p型的特性。 [0009] 在非专利文献2中，通过热扩散法制作p型半导体。对于蓝宝石基板上的无掺杂的GaN，通过电子束蒸镀法制作Mg/Ni/Pt 电极后，在氨气气氛中进行用于Mg的热扩散的处理。然后，进行热扩散处理后的GaN的活化退火。在退火后的GaN上制作用于霍尔测定的电极。根据霍尔测定，样品显示p型的特性。

[0010] 在上述非专利文献的公开中，掺杂剂的导入方法受限，或者需要进行与想要导入的掺杂剂不同的掺杂剂的共注入。

[0011] 本发明的目的在于，提供制作III族氮化物半导体的方法，所述方法能够提供显示良好的导电性的III族氮化物半导体；另外，其目的在于，提供制作半导体元件的方法，所述方法能够提供显示良好的导电性的III族氮化物半导体；另外，其目的在于，提供进行III族氮化物半导体的热处理的方法，所述方法能够提供显示良好的导电性的III族氮化物半导体。本发明的目的在于，提供包含显示良好的导电性的III族氮化物半导体的III族氮化物半导体装置。

[0012] 本发明涉及进行III族氮化物半导体的热处理的方法。该方法具有：(a)准备被离子注入后的III族氮化物半导体的工序；(b)使用能够提供用于上述被离子注入后的III族氮化物半导体的构成元素的氮源的氮源气体和能够提供还原性气氛的还原性气体，对上述被离子注入后的III族氮化物半导体在摄氏800度以上至摄氏1450度的范围内的温度下进行热处理的工序。上述热处理进行如下工序：进行上述还原性气体的流量大于零的第一处理的工序、和进行上述氮源气体的流量大于零的第二处理的工序。第一处理时的氮源气体的流量小于第二处理时的氮源气体的流量。另外，作为条件的一例，上述热处理进行如下工序：进行上述还原性气体的流量为上述氮源气体的流量以上的第一处理的工序、和进行上述氮源气体的流量大于上述还原性气体的流量的第二处理的工序。

[0013] 根据该热处理方法，由于是还原性气体的流量大于零的第一处理、和氮源气体的流量大于零的第二处理，并且第一处理时的氮源气体的流量小于第二处理时的氮源气体的流量，并将第一处理与第二处理交替进行，因此，发生原子的重排和再结晶化。 [0014] 在本发明的热处理方法中，上述第一处理和上述第二处理能够交替进行。根据该热处理方法，由于反复进行第一处理和第二处理，因此，进一步促进原子的重排和再结晶化，进一步促进掺杂剂的活化。

[0015] 本发明涉及进行III族氮化物半导体的热处理的方法。该方法具有：(a)准备被离子注入后的III族氮化物半导体的工序；和(b)使用对于上述III族氮化物半导体而言作为氮源的氮源气体、和可以提供能够还原该III族氮化物半导体的还原性气氛的还原性气体，对上述被离子注入后的III族氮化物半导体在摄氏800度以上至摄氏1450度的范围内的温度下进行热处理的工序。在上述热处理中，进行如下工序：调节上述还原性气体的流量和上述氮源气体的流量，进行将上述被离子注入后的III族氮化物半导体暴露于还原性气氛中的第一处理的工序；和在上述第一处理后供给包含上述氮源气体的工艺气体的同时进行实施上述被离子注入后的III族氮化物半导体的热处理的第二处理的工序。另外，可以反复进行该第一处理和第二处理。

[0016] 根据该热处理方法，通过在还原性气氛中的暴露，在被离子注入后的III族氮化物半导体中，产生原子的迁移。另外，在该迁移后进行将被离子注入后的III族氮化物半导体暴露于包含氮源气体的气氛中的热处理，因此，通过原子的重排和再结晶化，被离子注入后的掺杂剂原子进入III族氮化物半导体中。另外，通过反复进行在还原性气氛中的暴露和在包含氮源气体的气氛中的暴露，进一步促进迁移与原子的重排和再结晶化，进一步促进掺杂剂原子的活化。

[0017] 本发明涉及进行III族氮化物半导体的热处理的方法。该方法具有：(a)准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少任意一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和(b)使用还原性气体和氮源气体进行上述III族氮化物半导体的处理的工序。上述处理包括：将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行上述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；和在进行上述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至上述处理装置，进行上述III族氮化物半导体的第二热处理的工序。在上述第一热处理中，上述还原性气体以第一流量供给，上述氮源气体以第二流量供给；在上述第一热处理中，上述第一流量大于零，上述第二流量为零以上；在上述第二热处理中，上述还原性气体以第三流量供给，上述氮源气体以第四流量供给；在上述第二热处理中，上述第四流量大于零，上述第三流量为零以上。另外，上述第二流量小于上述第四流量。

[0018] 根据该热处理方法，使用还原性气体和氮源气体对包含掺杂剂的III族氮化物半导体进行处理。在该处理中，在进行第一热处理后，进行第二热处理。在第一热处理中，还原性气体以大于零的第一流量供给，并且氮源气体以零或零以上供给。因此，在该热处理中，还原性气体的贡献大于氮源气体的贡献，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，引起表面附近的原子的重排。另一方面，在第二热处理中，氮源气体以大于零的第四流量供给，并且还原性气体以零或零以上供给。另外，上述第二流量小于上述第四流量。因此，在该热处理中，氮源气体的贡献大于还原性气体的贡献，氮气供给至III族氮化物半导体的表面，促进再结晶的同时，引起表面附近的原子的重排。在这些过程中，III族氮化物半导体内的掺杂剂进入到晶格中，引起掺杂剂的活化。另外，通过反复进行第一热处理和第二热处理，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，进一步促进表面附近的原子的重排，并且在促进其的同时进一步促进表面附近的原子的重排，进一步促进掺杂剂的活化。 [0019] 本发明涉及制作III族氮化物半导体的方法。该方法具有：(a)准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和(b)使用还原性气体和氮源气体进行上述III族氮化物半导体的处理形成导电性III族氮化物半导体的工序。上述处理包括：将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行上述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；在进行上述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至上述处理装置，进行上述III族氮化物半导体的第二热处理的工序。在上述第一热处理中，上述还原性气体以第一流量供给，上述氮源气体以第二流量供给；在上述第一热处理中，上述第一流量大于零，上述第二流量为零或零以上；在上述第二热处理中，上述还原性气体以第三流量供给，上述氮源气体以第四流量供给；在上述第二热处理中，上述第四流量大于零，上述第三流量为零或零以上。另外，上述第二流量小于上述第四流量。 [0020] 根据该制作III族氮化物半导体的方法，使用还原性气体和氮源气体对包含掺杂剂的III族氮化物半导体进行处理。在该处理中，在进行第一热处理后进行第二热处理。在第一热处理中，还原性气体以大于零的第一流量供给，并且氮源气体以零或零以上的第二流量供给。因此，在该热处理中，还原性气体的贡献大于氮源气体的贡献，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，引起原子的重排。另一方面，在第二热处理中，氮源气体以大于零的第四流量供给，并且还原性气体以零或零以上的第三流量供给。另外，上述第二流量小于上述第四流量。因此，在该热处理中，氮源气体的贡献大于还原性气体的贡献，氮气供给至III族氮化物半导体的表面，促进再结晶的同时，引起原子的重排。在这些过程中，III族氮化物半导体内的掺杂剂进入到晶格中，引起掺杂剂的活化。另外，通过这些第一热处理和第二热处理反复进行，促进通过促进在III族氮化物半导体的表面中的迁移而产生的原子的重排、以及由氮的供给引起的原子的重排，从而进一步促进掺杂剂的活化。 [0021] 本发明涉及制作使用III族氮化物半导体的半导体元件的方法。该方法具有：(a)准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂的III族氮化物半导体的工序；和(b)使用还原性气体和氮源气体进行上述III族氮化物半导体的处理形成导电性III族氮化物半导体的工序。上述处理包括：将包含第一流量的还原性气体和第二流量的氮源气体的第一处理气体供给至处理装置的同时，进行上述III族氮化物半导体的第一热处理的工序；和在进行上述第一热处理后，将包含第三流量的还原性气体和第四流量的氮源气体的第二处理气体供给至上述处理装置，进行上述III族氮化物半导体的第二热处理的工序。
在上述第一热处理中，上述还原性气体以第一流量供给，上述氮源气体以第二流量供给；在上述第一热处理中，上述第一流量大于零，上述第二流量为零或零以上；在上述第二热处理中，上述还原性气体以第三流量供给，上述氮源气体以第四流量供给；在上述第二热处理中，上述第四流量大于零，上述第三流量为零或零以上。另外，上述第二流量小于上述第四流量。

[0022] 根据制作该半导体元件的方法，使用还原性气体和氮源气体对包含掺杂剂的III族氮化物半导体进行处理。在该处理中，在进行第一热处理后进行第二热处理。在第一热处理中，还原性气体以大于零的第一流量供给，并且氮源气体以零或零以上的第二流量供给。因此，在该热处理中，还原性气体的贡献大于氮源气体的贡献，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，引起原子的重排。另一方面，在第二热处理中，氮源气体以大于零的第四流量供给，并且还原性气体以零或零以上的第三流量供给。另外，上述第二流量小于上述第四流量。因此，在该热处理中，氮源气体的贡献大于还原性气体的贡献，氮气被供给至III族氮化物半导体的表面，促进再结晶的同时，引起原子的重排。在这些过程中，III族氮化物半导体内的掺杂剂进入到晶格中，引起掺杂剂的活化。另外，通过反复进行第一热处理和第二热处理，促进迁移，进一步促进原子的重排、和促进再结晶的同时的原子的重排，进一步促进掺杂剂的活化。

[0023] 在本发明的制作方法和热处理方法(以下，记为“方法”)中，上述第一热处理可以在摄氏800度以上的温度下进行，上述第二热处理可以在摄氏800度以上的温度下进行。 [0024] 根据上述方法，第一热处理在摄氏800度以上的温度下进行时，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，引起原子的重排。另外，第二热处理在摄氏800度以上的温度下进行时，通过供给至III族氮化物半导体的表面的氮，促进原子的重排的同时，引起III族氮化物半导体的再结晶。

[0025] 在本发明的方法中，上述第一热处理可以在摄氏1450度以下的温度下进行，上述第二热处理可以在摄氏1450度以下的温度下进行。

[0026] 在本发明的方法中，上述第一热处理的上述还原性气体可以包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种，上述第二热处理的上述还原性气体可以包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种。根据该方法，作为还原性气体，可以使用例如氢气(H2)、盐酸(HCl)和其他等气体。

[0027] 在本发明的方法中，上述第一热处理的上述氮源气体可以包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种，上述第二热处理的上述氮源气体可以包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种。根据该方法，作为氮源气体，可以使用氨、肼类物质、胺类物质和其他等气体。

[0028] 在本发明的方法中，上述n型掺杂剂可以包含硅(Si)、锗(Ge)和氧(O)中的至少任意一种。根据该方法，通过包括第一热处理和第二热处理的处理，使硅(Si)、锗(Ge)和氧(O)这样的n型掺杂剂活化的同时，可以向III族氮化物半导体赋予导电性。 [0029] 在本发明的方法中，上述p型掺杂剂可以包含镁(Mg)、钙(Ca)、碳(C)、铍(Be)、钇(Y)和锌(Zn)中的至少任意一种。根据该方法，通过包括第一热处理和第二热处理的处理，使镁(Mg)、钙(Ca)、碳(C)、铍(Be)、钇(Y)和锌(Zn)这样的p型掺杂剂活化，并且可以向III族氮化物半导体赋予导电性。

[0030] 在本发明的方法中，上述处理还可以包括：将包含第五流量的还原性气体和第六流量的氮源气体的第三处理气体供给至处理装置的同时，进行上述III族氮化物半导体的第三热处理的工序；和在进行上述第三热处理后，将包含第七流量的还原性气体和第八流量的氮源气体的第四处理气体供给至上述处理装置，进行上述III族氮化物半导体的第四热处理的工序。

[0031] 根据该方法，可以进行与第一热处理相同或类似的第三热处理，可以进行与第二热处理相同或类似的第四热处理。这样，还原性气体作出贡献的处理与氮源气体作出贡献的处理的交替进行、或者交替反复进行，将促进III族氮化物半导体中的原子的重排和再结晶化。在该过程中，III族氮化物半导体内的掺杂剂进入到晶格中，引起掺杂剂的活化。 [0032] 在本发明的方法中，在上述第一热处理中，可以不供给上述氮源气体。根据该方法，可以根据还原性气体的流量调节原子的重排。

[0033] 另外，在本发明的方法中，在第一热处理中，供给氮源气体和还原性气体这二者时，可以根据这些气体的流量比调节原子的重排。

[0034] 在本发明的方法中，在上述第二热处理中，可以不供给上述还原性气体。根据该方法，可以根据氮源气体的流量调节原子的重排。

[0035] 另外，在第二热处理中，供给氮源气体和还原性气体这二者时，可以根据这些气体的流量比调节原子的再结晶化。

[0036] 在本发明的方法中，应用上述第一热处理和上述第二热处理后的III族氮化物半导体可以包含p型导电性区域。根据该方法，通过第一热处理和第二热处理的应用，在III族氮化物半导体内可以形成p型导电性区域。

[0037] 在本发明的方法中，应用上述第一热处理和上述第二热处理后的III族氮化物半导体可以包含n型导电性区域。根据该方法，通过第一热处理和第二热处理的应用，在III族氮化物半导体内可以形成n型导电性区域。

[0038] 在本发明的方法中，应用上述第一热处理和上述第二热处理后的III族氮化物半导体可以包含上述p型掺杂剂和上述n型掺杂剂这二者。根据该方法，通过第一热处理和第二热处理的应用，能够使同时存在于III族氮化物半导体内的p型掺杂剂和n型掺杂剂这二者活化。

[0039] 在本发明的方法中，应用上述第一热处理和上述第二热处理后的III族氮化物半导体包含第一部分和第二部分，该III族氮化物半导体的上述第一部分可以显示n型导电性，该III族氮化物半导体的上述第二部分可以显示p型导电性。根据该方法，通过第一热处理和第二热处理的应用，可以通过活化来形成同时存在于III族氮化物半导体内的n型导电性的第一部分和p型导电性的第二部分这二者。

[0040] 在本发明的方法中，上述准备III族氮化物半导体的工序可以包括将上述掺杂剂和原料气体供给至生长炉的同时、使III族氮化物半导体层生长的工序。根据该方法，可以使在生长炉中的成膜中进入III族氮化物半导体层内的掺杂剂活化。

[0041] 在本发明的方法中，上述原料气体可以包含有机金属物质，上述掺杂剂可以包含p型掺杂剂。根据该方法，可以使在使用包含有机金属物质的原料气体的成膜中进入III族氮化物半导体内的p型掺杂剂活化。另外，上述原料气体可以包含有机金属物质，上述掺杂剂可以包含n型掺杂剂。

[0042] 本发明中的方法还可以具有使III族氮化物半导体层在生长炉中生长的工序。上述准备III族氮化物半导体的工序可以包括将上述掺杂剂离子注入到上述III族氮化物半导体层中、形成上述III族氮化物半导体的工序。根据该方法，在成膜后可以使被离子注入到III族氮化物半导体内的掺杂剂活化。

[0043] 本发明中的方法，在使上述III族氮化物半导体层生长后，还可以具有在上述III族氮化物半导体层上形成具有图案的掩模的工序。上述准备III族氮化物半导体的工序可以包括使用上述掩模将上述掺杂剂离子注入到形成上述III族氮化物半导体层中、形成上述III族氮化物半导体的工序。根据该方法，可以限定掺杂剂的注入区域，通过离子注入法导入掺杂剂。

[0044] 在本发明的方法中，上述导电性III族氮化物半导体包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域，上述导电性III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的p型掺杂剂分布区和n型掺杂剂分布区，在上述导电性III族氮化物半导体的上述第一区域中，上述n型掺杂剂分布区中的n型掺杂剂浓度可以大于上述p型掺杂剂分布区的p型掺杂剂浓度，在上述导电性III族氮化物半导体的上述第二区域中，上述p型掺杂剂分布区中的p型掺杂剂浓度可以大于上述n型掺杂剂分布区的n型掺杂剂浓度。

[0045] 根据该方法，可以对从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域分别赋予相互不同的导电性。

[0046] 在本发明的方法中，上述导电性III族氮化物半导体包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域，上述III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的p型掺杂剂分布区和n型掺杂剂分布区，在上述导电性III族氮化物半导体的上述第一区域中，上述p型掺杂剂分布区中的p型掺杂剂浓度可以大于上述n型掺杂剂分布区的n型掺杂剂浓度，在上述导电性III族氮化物半导体的上述第二区域中，上述n型掺杂剂分布区中的n型掺杂剂浓度可以大于上述p型掺杂剂分布区的p型掺杂剂浓度。

[0047] 在本发明的方法中，上述III族氮化物半导体可以具有GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN和InAlGaN中的至少任意一种。根据该方法，在GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN和InAlGaN这样的III族氮化物半导体中，可以引起原子的重排和再结晶化。 [0048] 本发明中的方法还可以具有使III族氮化物半导体层在生长炉中生长的工序。上述准备III族氮化物半导体层的工序包括将上述掺杂剂向上述III族氮化物半导体层中进行一次或多次离子注入、形成上述III族氮化物半导体的工序，上述多次离子注入分别可以使用相互不同的加速能量。根据该方法，通过利用一次或多次离子注入，可以在用于半导体元件的III族氮化物半导体层中形成期望的掺杂剂分布区。

[0049] 本发明中的方法，在使上述III族氮化物半导体层生长后，还可以具有在上述III族氮化物半导体层上形成具有图案的掩模的工序。上述准备III族氮化物半导体的工序可以包括：使用上述掩模将上述掺杂剂离子注入到上述III族氮化物半导体层、形成上述III族氮化物半导体层的工序。根据该方法，可以使用掩模根据位置以期望的图案导入掺杂剂。 [0050] 本发明中的方法还可以具有：在形成上述掩模前使包含与上述III族氮化物半导体层不同的绝缘性材料的掩模膜生长的工序；和在上述掩模膜上形成图案形成后的抗蚀剂掩模的工序。在形成上述掩模的工序中，可以利用上述抗蚀剂掩模对上述掩模进行蚀刻，形成上述掩模。根据该方法，由于使用掩模膜，因此，能够应用高能量的离子注入。 [0051] 在本发明的方法中，上述III族氮化物半导体层的表面包含GaN或AlGaN，上述掩模也可以使用与III族氮化物半导体层的表面的材料不同的III族氮化物。根据该方法，作为掩模膜，可以使用III族氮化物。

[0052] 在本发明的方法中，上述掩模可以包含AlN层、或者组成不同的AlGaN。根据该方法，作为掩模膜，可以使用AlN和AlGaN这样的III族氮化物。需要说明的是，当然也可以使用SiN或SiO2等。

[0053] 本发明中的方法还可以具有：在进行上述III族氮化物半导体的上述处理后除去上述掩模，使上述III族氮化物半导体层的表面露出的工序。

[0054] 根据该方法，掩模包含与III族氮化物半导体层不同的III族氮化物半导体，因此，可以在离子注入后除去掩模使III族氮化物半导体层的表面露出。在III族氮化物半导体层的处理中，在掩模的开口处露出的表面暴露于还原性气体和氮源气体中，引起原子的重排和再结晶化。

[0055] 本发明中的方法还可以具有：在进行上述III族氮化物半导体的上述处理前除去上述掩模，使上述III族氮化物半导体层的表面露出的工序。根据该制造方法，掩模包含与III族氮化物半导体层不同的III族氮化物半导体，因此，可以在离子注入后除去掩模使III族氮化物半导体层的表面露出。在III族氮化物半导体层的处理中，露出的表面暴露于还原性气体和氮源气体中，引起原子的重排和再结晶化。

[0056] 在本发明的方法中，在使用AlN、AlGaN这样的III族氮化物作为上述掩模膜的情况下的除去可以使用碱性的水溶液。作为碱性的水溶液，可以使用例如氨水或四甲基氢氧化铵进行。根据该方法，III族氮化物半导体通过使用碱性的水溶液、例如氨水或四甲基氢氧化铵进行湿式蚀刻。需要说明的是，在使用SiN或SiO2的情况下，可以使用氟酸或缓冲氟酸来进行除去。

[0057] 在本发明的方法中，应用上述第一热处理和上述第二热处理后的导电性III族氮化物半导体的表面可以包含p型导电性区域和n型导电性区域。

[0058] 根据该方法，能够制作导电性III族氮化物半导体的表面包含p型导电性区域和n型导电性区域的半导体元件。

[0059] 在本发明的方法中，上述半导体元件可以包含肖特基二极管，上述导电性III族氮化物半导体可以包含上述肖特基二极管的p型保护环。根据该方法，可以形成用于半导体元件的p型保护环的p型区域和pn结。

[0060] 本发明中的方法还可以具有以与上述导电性III族氮化物半导体接触的方式形成肖特基电极的工序。根据该方法，肖特基电极与良好的p型导电性的半导体区域接触，因此，能够提高肖特基电极的耐压。

[0061] 在本发明的方法中，上述半导体元件可以包含晶体管，上述导电性III族氮化物半导体可以包含上述晶体管的p型阱。根据该方法，可以形成用于半导体元件的阱的p型区域。

[0062] 在本发明的方法中，上述导电性III族氮化物半导体包含从该III 族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域，上述导电性III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的第一导电型掺杂剂分布区和第二导电型掺杂剂分布区，在上述导电性III族氮化物半导体的上述第一区域中，上述第一导电型掺杂剂分布区中的第一导电型掺杂剂浓度可以大于上述第二导电型掺杂剂分布区中的第二导电型掺杂剂浓度，在上述导电性III族氮化物半导体的上述第二区域中，上述第二导电型掺杂剂分布区中的第二导电型掺杂剂浓度可以大于上述第一导电型掺杂剂分布区中的第一导电型掺杂剂浓度。

[0063] 根据该方法，导电性III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的p型掺杂剂分布区和n型掺杂剂分布区，因此，能够制作需要复杂的掺杂剂分布区的半导体元件。

[0064] 在本发明的方法中，上述第一导电型掺杂剂分布区为上述n型掺杂剂分布区，上述第二导电型掺杂剂分布区为上述p型掺杂剂分布区，上述导电性III族氮化物半导体包含从上述第二区域延伸存在、以包围上述第一区域的方式到达上述导电性III族氮化物半导体的表面的第三区域，上述第一区域可以包含上述晶体管的源极区域，上述第二区域和上述第三区域可以包含上述晶体管的阱区域。

[0065] 根据该方法，能够提供用于晶体管的源极区域的第一区域、和用于晶体管的阱区域的第二区域。

[0066] 本发明中的方法还可以具有以与上述阱区域和上述源极区域构成接触的方式形成电极的工序。根据该方法，电极可以与具有良好的导电性的源极和阱构成接合。 [0067] 本发明中的方法还可以具有：在上述阱区域上形成栅膜的工序、和在上述栅膜上形成栅电极的工序。根据该方法，第一区域可以包含晶体管的源极区域，第二区域可以包含晶体管的阱区域。

[0068] 在本发明的方法中，上述半导体元件包含面结型二极管，上述导电性III族氮化物半导体包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域和第二区域，上述III族氮化物半导体具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的p型掺杂剂分布区和n型掺杂剂分布区，在上述III族氮化物半导体的上述第一区域中，上述p型掺杂剂分布区中的p型掺杂剂浓度可以大于上述n型掺杂剂分布区的n型掺杂剂浓度，在上述III族氮化物半导体的上述第二区域中，上述n型掺杂剂分布区中的n型掺杂剂浓度可以大于上述p型掺杂剂分布区的p型掺杂剂浓度。该方法还可以具有形成与上述导电性III族氮化物半导体的上述第一区域构成接触的电极的工序。根据该方法，第一区域可以包含面结型二极管的阴极区域，第二区域可以包含面结型二极管的阳极区域。 [0069] 在本发明的方法中，上述导电性III族氮化物半导体的上述第一区域和上述第二区域可以构成用于上述面结型二极管的pn结。根据该方法，半导体元件可以包含用于面结型二极管的良好的pn结。

[0070] 在本发明的方法中，上述导电性III族氮化物半导体包含设置在上述第一区域与上述第二区域之间的i型区域，上述第一区域、上述i型区域和上述第二区域可以构成用于上述面结型二极管的pin结。根据该方法，半导体元件可以包含用于面结型二极管的pin结。

[0071] 本发明中的方法还可以具有：准备具有主面和背面的导电性基板的工序；和在形成上述导电性III族氮化物半导体后，在上述导电性基板的上述背面形成背面电极的工序。在上述准备III族氮化物半导体的工序中，可以包括在上述导电性基板的上述主面上以包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少任意一种掺杂剂的方式形成上述III族氮化物半导体的工序。根据该方法，半导体元件可以具有纵型的结构。

[0072] 本发明中的方法还可以具有：在使用上述还原性气体和上述氮源气体的处理后，进行上述III族氮化物半导体的表面的观察的工序；和在上述观察中在上述III族氮化物半导体的表面上显现形貌的情况下，进行应用制作半导体元件的方法中的后续处理的判断的工序。根据该方法，判断是否在热处理后在III族氮化物半导体的表面上显现形貌，因此，能够判断良好的原子重排和再结晶化的有无。

[0073] 本发明中的方法还可以具有在上述判断后在上述导电性III族氮化物半导体上形成电极的工序。根据该方法，判断是否在热处理后在III族氮化物半导体的表面上显现形貌，因此，可以在作为良好的原子重排和再结晶化的结果的导电性III族氮化物半导体上形成电极。

[0074] 在本发明的方法中，上述准备III族氮化物半导体的工序可以包含进行上述III族氮化物半导体的再生长和埋入生长中的任意一种。根据该方法，包含掺杂剂的III族氮化物半导体可以通过各种生长方法形成。

[0075] 本发明中的III族氮化物半导体装置具有III族氮化物半导体区域。在上述III族氮化物半导体区域的一部分中选择性地注入有p型掺杂剂，该被注入后的p型掺杂剂通过上述任意一种热处理方法而被活化。

[0076] 本发明中的III族氮化物半导体装置包含具有p型保护环层的肖特基势垒二极管，上述p型保护环层的p型掺杂剂通过上述任意一种热处理方法而被活化。 [0077] 本发明中的III族氮化物半导体装置包含具有p型半导体层和n型半导体层的纵向晶体管，上述p型半导体层和n型半导体层的各掺杂剂通过上述任意一种热处理方法而被活化。

[0078] 本发明中的III族氮化物半导体装置具备具有第一部分和第二部分的III族氮化物半导体区域，在上述III族氮化物半导体区域的上述第一部分中选择性地离子注入有p型掺杂剂、例如Mg，并且在上述III族氮化物半导体区域的上述第二部分中没有被离子注入。该被注入后的p型掺杂剂、例如Mg进行了活化，并且该第一部分的表面具有与上述第二部分的表面不同的表面形貌。

[0079] 关于本发明中的III族氮化物半导体装置，该III族氮化物半导体装置包含具有p型保护环层和n型半导体区域的肖特基势垒二极管，上述p型保护环层的p型掺杂剂进行了活化，上述p型保护环层的表面的至少一部分具有与上述n型半导体区域的表面形貌不同的表面形貌。

[0080] 关于本发明中的III族氮化物半导体装置，该III族氮化物半导体装置包含具有p型半导体层和n型接触层的纵向晶体管，上述p型半导体层的掺杂剂和上述n型半导体层的掺杂剂进行了活化，上述p型半导体层和上述n型半导体层中的任意一个表面的至少一部分表面具有与其他部分的表面形貌不同的表面形貌。

[0081] 本发明的上述目的和其他目的、特征以及优点从参考附图进行的本发明的具体实施方式的以下详细记述更容易明确。

附图说明

[0082] 图1是表示包括本实施方式中的、制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、和进行III族氮化物半导体的热处理的方法中的主要工序的工序流程的图。 [0083] 图2是表示包括本实施方式中的、制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、和进行III族氮化物半导体的热处理的方法中的主要工序的工序流程的图。 [0084] 图3是示意地表示本实施方式中的、制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、和进行III族氮化物半导体的热处理的方法中的主要工序的图。 [0085] 图4是示意地表示本实施方式中的、制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、和进行III族氮化物半导体的热处理的方法中的主要工序的图。 [0086] 图5是示意地表示本实施方式中的、制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、和进行III族氮化物半导体的热处理的方法中的主要工序的图。 [0087] 图6是表示导电性III族氮化物半导体中的n型掺杂剂分布区和p型掺杂剂分布区的图。

[0088] 图7是表示包含肖特基电极的半导体元件的结构的图。

[0089] 图8是表示包含欧姆电极的纵向晶体管的结构的图。

[0090] 图9是表示包含欧姆电极的面结型二极管的结构的图。

[0091] 图10是表示实验例1的一览的图。

[0092] 图11是表示实验例2的一览的图。

[0093] 图12是表示实验例3的一览的图。

[0094] 图13是表示实验例4的一览的图。

[0095] 图14是表示实验例5的一览的图。

[0096] 图15是表示制作依照实验例6的肖特基势垒二极管的方法中的工序流程的图。 [0097] 图16是表示依照实验例6的肖特基势垒二极管的结构的图。

[0098] 图17是表示依照实验例6的肖特基势垒二极管的特性的图。

[0099] 图18是表示制作依照实验例7的纵向晶体管的方法中的工序流程的图。 [0100] 图19是表示制作依照实验例7的纵向晶体管的方法中的工序流程的图。 [0101] 图20是表示依照实验例7的纵向晶体管的结构的图。

[0102] 图21是表示实验例7的纵向晶体管的特性的图。

[0103] 图22是在H2/NH3退火时表示外延表面的外观的由微分干涉显微镜得到的图。 [0104] 图23是在H2/NH3退火时表示外延表面的外观的由微分干涉显微镜得到的图。具体实施方式

[0105] 参考附图的同时，对制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、进行III族氮化物半导体的热处理的方法、和III族氮化物半导体装置的本发明的实施方式进行说明。在能够实现的情况下，对相同部分赋予相同符号。

[0106] 图1和图2是表示包括本实施方式中的、制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、和进行III族氮化物半导体的热处理的方法中的主要工序的工序流程的图。图3～图5是示意地表示本实施方式中的、制作III族氮化物半导体的方法、制作半导体元件的方法、和进行III族氮化物半导体的热处理的方法中的主要工序的图。 [0107] 在工序S101中，准备基板。该基板可以具有导电性。如图3的(a)部所示，基板11具有主面11a和背面11b。基板11的导电性是为了制作纵型的半导体元件而发挥作用的。基板11可以为例如晶片这样的板状的物体。晶片可以为GaN，也可以包含Si、SiC等材料。

[0108] 在工序S102中，如图3的(a)部所示，使III族氮化物半导体层13在生长炉10a中在基板11的主面11a上生长。III族氮化物半导体层13的生长可以使用例如有机金属气相生长法、MBE法、HVPE法、PLD法等成膜方法。

[0109] 在需要的情况下，可以在形成能够根据位置选择性地导入掺杂剂的掩模，并进行离子注入。但是，也可以在不使用掩模的情况下在基板的整个面中进行离子注入。另外，在需要的情况下，可以在基板11上以包含掺杂剂的方式使III族氮化物半导体层生长。 [0110] 在工序S103中，如图3的(b)部所示，使掩模膜15在生长炉10b 中生长。掩模膜15包含与III族氮化物半导体层13不同的材料(例如绝缘性材料)。掩模膜15可以包含例如AlN、AlGaN、SiN、SiO2等材料。关于掩模膜15的生长，在例如AlN、AlGaN等的情况下可以使用有机金属气相生长法、MBE法、溅射法、EB蒸镀等方法，在SiN、SiO2等的情况下可以使用等离子体CVD法、溅射法、热CVD法、EB蒸镀等成膜方法。在使用包含III族氮化物半导体的掩模膜15时，能够应用高能量的离子注入。

[0111] 在工序S104中，如图3的(c)部所示，在掩模膜15上形成图案形成后的抗蚀剂掩模17。抗蚀剂掩模17可以具有例如开口17a。

[0112] 在工序S105中，如图4的(a)部所示，使用抗蚀剂掩模17，通过蚀刻装置10c对掩模膜15进行蚀刻，形成用于离子注入的掩模19。该掩模19具有能够指定离子注入的位置的图案。掩模19具有例如开口19a，在开口19a处露出III族氮化物半导体层13的表面13a。在该工序中，在III族氮化物半导体层13上形成掩模19。根据该方法，可以选择掺杂剂的注入区域通过离子注入法导入掺杂剂。需要说明的是，在能够实现的情况下，可以不使用掩模膜13而使用抗蚀剂掩模作为离子注入用掩模。

[0113] 在工序S106中，如图4的(b)部所示，准备包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂21的III族氮化物半导体23。该准备可以通过使用离子注入的掺杂剂21的导入来进行。在该工序中，使用例如掩模19，将掺杂剂21离子注入到III族氮化物半导体层13，可以形成III族氮化物半导体23。另外，掺杂剂21的导入可以使用离子注入装置10d进行一次或多次离子注入，来形成III族氮化物半导体23。多次离子注入分别可以使用例如相互不同的加速能量和/或剂量。根据该方法，通过利用多次离子注入，可以在用于半导体元件的III族氮化物半导体23中形成期望的掺杂剂分布区。

[0114] 包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少一种掺杂剂21的III族氮化物半导体的准备，像已经所说明的那样，可以通过掺杂剂21的离子注入进行。但是，不限于利用离子注入的掺杂导入。在工序S106中，可以例如将掺杂剂气体和原料气体供给至生长炉(例如生长炉10a)的同时，在基板11的主面11a上使III族氮化物半导体层生长。根据该方法，可以使在生长炉中的成膜中进入到III族氮化物半导体层内的掺杂剂活化。

[0115] 原料气体可以包含有机金属物质，掺杂剂气体可以包含用于p型掺杂剂的物质(例如Cp2Mg、EtCp2Mg)。根据该方法，可以使在使用包含有机金属物质的原料气体的成膜中进入到III族氮化物半导体内的p型掺杂剂活化。或者可以在基板11的主面11a上以包含p型掺杂剂和n型掺杂剂中的至少任意一种掺杂剂的方式使III族氮化物半导体层生长。另外，可以在基板11的主面11a上以包含n型掺杂剂的方式使III族氮化物半导体层生长。上述III族氮化物半导体的生长可以包含再生长和埋入生长中的任意一种。根据该方法，包含掺杂剂的III族氮化物半导体可以通过各种生长方法形成。

[0116] 生长或被离子注入的III族氮化物半导体可以具有GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN和InAlGaN中的至少任意一种。根据该方法，在GaSAlTIn1-S-TN(0≤S≤1、0≤T≤1)这样的III族氮化物半导体中，可以引起原子的重排和再结晶化。

[0117] 在工序S107中，如图4的(c)部、图5的(a)部和图5的(b)部所示，对III族氮化物半导体23进行使用还原性气体和氮源气体的处理，形成导电性III族氮化物半导体25。该处理可以包括第一热处理27a和第二热处理27b。

[0118] 在工序S108中，进行第一热处理27a。在第一热处理27a中，将包含第一流量L1的还原性气体和第二流量L2的氮源气体的第一处理气体(工艺气体)G1供给至处理装置10e的同时，进行III族氮化物半导体23的热处理。在第一热处理27a中，还原性气体以第一流量L1供给，氮源气体以第二流量L2供给。在第一热处理27a中，第一流量L1大于零(L1>0)。第二流量L2为零或零以上。第二流量L2可以为小于第一流量的值(低于L1)。(0≤L2

[0119] 在工序S109中，在进行第一热处理27a后，进行第二热处理27b。在第二热处理27b中，将包含第三流量L3的还原性气体和第四流量L4的氮源气体的第二处理气体(工艺气体)G2供给至处理装置10e，进行III族氮化物半导体23的热处理。在第二热处理27b中，还原性气体以第三流量L3供给，氮源气体以第四流量L4供给。在第二热处理27b中，第四流量L4大于零，第三流量L3为零或零以上。第三流量L3可以为等于或小于第四流量的值(L4以下)(0≤L3≤L4)。作为处理装置10e，可以使用例如RTA或外延生长装置(例如有机金属气相生长装置)。另外，第二热处理27b的时间可以为例如0.01秒以上，这是由于，在更短的时间的情况下，再结晶化、即向氮与最表面的Ga的反应产生的GaN的再结晶化变得不充分。第二热处理27b的时间可以为例如10秒以下，这是由于，目标为再结晶化、即最表面的Ga形成为GaN，因而处理时间即使延长为更长效果也相同。

[0120] 根据该方法，使用还原性气体和氮源气体对包含掺杂剂的III族氮化物半导体23进行处理。在该处理中，在进行第一热处理(工序S108)27a后，进行第二热处理(工序S109)27b。在第一热处理(工序S108)27a中，还原性气体以大于零的第一流量L1供给，并且氮源气体以零或零以上的第二流量L2供给。因此，在该热处理(工序S108)27a 中，以还原性气体的贡献大于氮源气体的贡献的方式，在III族氮化物半导体23的表面中促进迁移，引起表面附近和内部的原子的重排。另一方面，在第二热处理(工序S109)27b中，氮源气体以大于零的第四流量L4供给，并且还原性气体以零或零以上的第三流量L3供给。因此，在该热处理(工序S109)27b中，以氮源气体的贡献大于还原性气体的贡献的方式，向III族氮化物半导体23的表面23a供给氮，促进再结晶化的同时，引起表面附近和内部的原子的重排。在这些过程中，III族氮化物半导体23内的掺杂剂进入到晶格中，引起掺杂剂的活化。

[0121] n型掺杂剂可以包含硅(Si)、锗(Ge)和氧(O)中的至少任意一种。根据该方法，通过包含第一热处理27a和第二热处理27b的处理，可以在使硅(Si)、锗(Ge)和氧(O)这样的n型掺杂剂活化，并且向III族氮化物半导体赋予导电性。

[0122] p型掺杂剂可以包含镁(Mg)、钙(Ca)、碳(C)、铍(Be)、钇(Y)和锌(Zn)中的至少任意一种。根据该方法，通过包含第一热处理27a和第二热处理27b的处理，可以使镁(Mg)、钙(Ca)、碳(C)、铍(Be)、钇(Y)和锌(Zn)这样的p型掺杂剂活化，并且向III族氮化物半导体赋予导电性。

[0123] 在工序S110中的处理中，可以将第一热处理27a这样的热处理和第二热处理27b这样的热处理反复进行。反复进行的次数可以为约2次至约1000次。该处理可以包含例如第三热处理和第四热处理。工序S110可以在将第三处理气体供给至处理装置的同时，进行III族氮化物半导体的第三热处理。第三处理气体包含第五流量的还原性气体和第六流量的氮源气体。另外，工序S110可以在进行第三热处理后，将第四处理气体供给至处理装置，进行III族氮化物半导体的第四热处理。第四处理气体包含第七流量的还原性气体和第八流量的氮源气体。

[0124] 根据该方法，可以进行与第一热处理27a相同或类似的第三热处理，也可以进行与第二热处理27b相同或类似的第四热处理。这样，还原性气体的贡献大的处理与氮源气体的贡献大的处理的交替进行，将促进III族氮化物半导体中的原子的重排和再结晶化。在这样的处理的过程中，III族氮化物半导体内的掺杂剂进入到晶格中，引起掺杂剂的活化。

[0125] 更具体而言，在工序S110的处理中，在进行第三热处理后，进行第四热处理。在第三热处理中，还原性气体以大于零的第五流量L5供给，并且氮源气体以零或零以上的第六流量L6供给。因此，在该热处理中，还原性气体的贡献大于氮源气体的贡献，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，引起表面附近和内部的原子的重排。另一方面，在第四热处理中，氮源气体以大于零的第八流量L8供给，并且还原性气体以零或零以上的第七流量L7供给。因此，在该热处理中，氮源气体的贡献大于还原性气体的贡献，氮被供给至III族氮化物半导体的表面，促进再结晶的同时，引起表面附近和内部的原子的重排。 [0126] 例如在第一热处理(S108)27a中，可以不供给氮源气体。根据该方法，可以通过还原性气体的流量调节原子的重排。第一流量L1也依赖于例如装置的规模，可以设为1SLM以上至100SLM。在第二热处理(S109)27b中，可以不供给还原性气体。根据该方法，可以通过氮源气体的流量调节原子的重排。第四流量L4也依赖于例如装置的规模，可以设为1SLM以上至100SLM。

[0127] 另外，在第一热处理(S108)27a中，第一流量L1可以大于零，第二流量L2可以大于零。在第一热处理(S108)27a中，在供给氮源气体和还原性气体这二者时，可以通过这些气体的流量比调节原子的重排。第一流量L1也依赖于例如装置的规模、温度，可以设为1SLM以上至100SLM。第二流量L2也依赖于例如装置的规模、温度，可以设为0SLM、或0SLM以上至10SLM。

[0128] 在第二热处理(S109)27b中，第四流量L4可以大于零，第三流量 L3可以大于零。在第二热处理(S109)27b中，在供给氮源气体和还原性气体这二者时，可以通过这些气体的流量比调节原子的再结晶化。第三流量L3也依赖于例如装置的规模、温度，可以设为
1SLM以上至100SLM。第四流量L4也依赖于例如装置的规模、温度，可以设为1SLM以上至
100SLM。

[0129] 第一热处理27a可以在摄氏800度以上的温度下进行。此时，在III族氮化物半导体的表面中促进迁移，在III族氮化物半导体中引起原子的重排。另外，第二热处理27b可以在摄氏800度以上的温度下进行。此时，通过供给至III族氮化物半导体的表面的氮，促进原子的重排的同时，引起III族氮化物半导体的再结晶。

[0130] 第一热处理27a可以在摄氏1450度以下的温度下进行。这是由于，此时，温度过高时，Mg等p型掺杂剂的活化变得不充分。另外由于，III族氮化物半导体剧烈地被蚀刻。另外，第二热处理27b可以在摄氏1450度以下的温度下进行。这是由于，此时，温度过高时，Mg等p型掺杂剂的活化变得不充分。另外由于，III族氮化物半导体被蚀刻。 [0131] 用于第一热处理27a的还原性气体可以包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种。第二热处理27b的还原性气体可以包含氢气(H2)和盐酸(HCl)中的至少任意一种。根据该方法，作为能够还原热处理的对象物质即III族氮化物的还原性气体，可以使用例如氢气(H2)、盐酸(HCl)和其他等气体。

[0132] 用于第一热处理27a的氮源气体可以包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种。用于第二热处理27b的氮源气体可以包含氨、肼类物质和胺类物质中的至少任意一种。根据该方法，作为能够供给热处理的对象物质的构成元素的氮的氮源气体，可以使用氨、肼类物质、胺类物质和其他等气体。

[0133] 良好的氮源气体和还原性气体的组合例如为氨气与氢气的组合等。另外，在优选的实施例中，III族氮化物半导体层13的表面13a可以包含GaN或AlGaN。掩模19可以包含与III族氮化物半导体层13的表面13a的材料不同的III族氮化物。掩模19由掩模膜制成。掩模19和掩模膜的材料可以为例如AlN、AlGaN。作为掩模膜，可以使用III族氮化物。另外，掩模19可以包含例如AlN层、AlGaN层。根据该方法，作为掩模膜15，可以使用AlN、AlGaN。需要说明的是，掩模中当然也可以使用通常SiN、SiO2这样的材料。 [0134] 在进行工序S107中的处理后，如图5的(b)部所示，在工序S111中，可以除去掩模19使III族氮化物半导体25的表面25a露出。根据该方法，在掩模19包含与III族氮化物半导体层13不同的III族氮化物半导体时，可以在离子注入后除去掩模19使III族氮化物半导体25的表面25a露出。在III族氮化物半导体层13的处理中，在掩模19的开口19a处露出的表面23a暴露于还原性气体和氮源气体中，引起原子的重排和再结晶化。 [0135] 关于掩模19的除去，在AlN、AlGaN的情况下，可以使用碱性的水溶液、例如氨水或四甲基氢氧化铵进行。根据该方法，在包含III族氮化物半导体的掩模19包含AlN、AlGaN的情况下，使用氨水或四甲基氢氧化铵进行湿式蚀刻。需要说明的是，在包含SiN或SiO2的情况下，可以使用氟酸或缓冲氟酸等除去。

[0136] 或者，在进行工序S107中的处理前，可以除去掩模19使III族氮化物半导体层的表面露出。根据该制造方法，掩模包含与III族氮化物半导体层13不同的III族氮化物半导体，因此，可以在离子注入后除去掩模19使III族氮化物半导体层13的表面13a露出。在III族氮化物半导体层13的热处理中，露出的表面13a暴露于还原性气体和氮源气体中，引起原子的重排和再结晶化。

[0137] 工序S107中的处理可以提供特性良好的导电性的半导体25。在对包含p型掺杂剂的III族氮化物半导体23应用第一热处理27a和第二热处理27b时，生成p型导电性区域。根据该方法，通过应用第一热处理27a和第二热处理27b，可以在III族氮化物半导体25内形成p型导电性区域。

[0138] 另外，在对包含n型掺杂剂的III族氮化物半导体23应用第一热处理27a和第二热处理27b时，生成n型导电性区域。根据该方法，通过应用第一热处理27a和第二热处理27b，可以在III族氮化物半导体25内形成n型导电性区域。

[0139] 可以对包含p型掺杂剂和n型掺杂剂这二者的III族氮化物半导体23应用第一热处理27a和第二热处理27b。根据该方法，通过应用第一热处理27a和第二热处理27b，可以使同时存在于III族氮化物半导体23内的p型掺杂剂和n型掺杂剂这二者活化。 [0140] 这样，根据掺杂剂种类和掺杂剂浓度的不同，可以提供各种III族氮化物半导体。应用第一热处理27a和第二热处理27b后的III族氮化物半导体25可以包含显示n型导电性的第一部分和显示p型导电性的第二部分。使用多阶段的离子注入，注入多个离子种(イオン種)，由此可以实现这样的掺杂剂分布。根据该方法，通过应用第一热处理27a和第二热处理27b，可以通过活化形成同时存在于III族氮化物半导体内的n型导电性的第一部分和p型导电性的第二部分这二者。

[0141] 如图6的(a)部所示，导电性III族氮化物半导体25可以包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第一区域28a、第二区域28b和基础区域28c。导电性III族氮化物半导体25具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的n型掺杂剂分布区PF1(n)、p型掺杂剂分布区PF2(p)和n型掺杂剂分布区PF3(n)。

[0142] 在本实施例中，n型掺杂剂分布区PF3(n)显示出作为基础的外延层23中的n型掺杂剂浓度。通过该n型掺杂剂分布区PF3(n)的n型掺杂剂浓度规定基础区域28c。n型掺杂剂分布区PF1(n)显示出外延表面的附近的n型掺杂剂浓度。通过该n型掺杂剂分布区PF1(n)的n型掺杂剂浓度规定第一区域28a的导电型。p型掺杂剂分布区PF2(p)显示出中间区域中的p型掺杂剂浓度。通过该p型掺杂剂分布区PF2(p)的p型掺杂剂浓度规定第二区域28b的导电型。在第一区域28a中，n型掺杂剂分布区PF1(n)中的n型掺杂剂浓度大于p型掺杂剂分布区PF2(p)的p型掺杂剂浓度，在第二区域28b中，p型掺杂剂分布区PF2(p)的p型掺杂剂浓度大于n型掺杂剂分布区PF1(n)和PF3(n)中的n型掺杂剂浓度。根据该方法，可以对从该III族氮化物半导体25的表面沿深度方向依次配置的第一区域28a和第二区域28b分别赋予相互不同的导电性。

[0143] 图6的(a)部所示的掺杂剂分布区，例如在晶体管的阱区域和源极区域中的纵截面中出现。为了形成多个掺杂剂分布区，使用不同的加速能量，进行不同的离子种的离子注入，由此能够实现不同的离子飞行距离Rp。

[0144] 如图6的(b)部所示，导电性III族氮化物半导体25可以包含从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向依次配置的第三区域29a和基础区域29b。导电性III族氮化物半导体25具有从该III族氮化物半导体的表面沿深度方向规定的p型掺杂剂分布区PF4(p)和n型掺杂剂分布区PF5(n)。在第三区域29a中，p型掺杂剂分布区PF4(p)的p型掺杂剂浓度大于n型掺杂剂分布区PF5(n)中的n型掺杂剂浓度。n型掺杂剂分布区PF5(n)显示出作为基础的外延层23中的n型掺杂剂浓度。通过该n型掺杂剂分布区PF5(n)的n型掺杂剂浓度规定基础区域29b。

[0145] 图6的(b)部所示的掺杂剂分布区，例如在包围晶体管的源极区域的阱区域中的纵截面、横切肖特基面结型二极管的p型保护环的纵截面、和横切pn面结型二极管的pn结的纵截面中出现。

[0146] 在图6的(a)部和(b)部所示的掺杂剂分布区的形成中，使用具有大开口尺寸的掩模，较深地注入p型离子种，并且使用具有小开口尺寸的掩模，较浅地注入n型离子种，由此，可以形成例如晶体管的阱区域和源极区域。在该方式中，在导电性III族氮化物半导体25中，可以包含从第二区域28b延伸存在、以包围第一区域28a的方式到达导电性III族氮化物半导体25的表面25a的第三区域29a。

[0147] 这样，在使用具有不同开口尺寸的多个掩模进行不同加速能量和不同剂量的离子注入时，可以提供适于晶体管和二极管的p-掺杂剂分布区和n-掺杂剂分布区。在图6中的说明中，p-、n-掺杂剂分布区可以称作表示第一导电型掺杂剂浓度的第一导电型掺杂剂分布区、和表示第二导电型掺杂剂浓度的第二导电型掺杂剂分布区。

[0148] 在工序S112中，形成用于半导体元件的电极。

[0149] 在需要的情况下，在工序S115中，可以在形成电极前，在使用还原性气体和氮源气体的处理后进行III族氮化物半导体的表面的观察。半导体表面的观察可以使用例如电子显微镜、光学显微镜，更优选使用诺马尔斯基显微镜(微分干涉显微镜)等。在工序S116中，在观察中在III族氮化物半导体的表面上显现期望的形貌的情况下，进行应用制作半导体元件的方法中的后续处理(例如工序112等)的判断。根据该方法，判断是否在热处理后在III族氮化物半导体的表面上显现期望的形貌，因此，能够判断良好的原子的重排和再结晶化的有无。

[0150] 另外，在工序S116中的判断后，可以进行工序S112中的电极形成。根据该方法，判断是否在热处理后在III族氮化物半导体的表面上显现形貌，因此，可以在作为良好的原子的重排和再结晶化的结果的导电性III族氮化物半导体上形成电极。

[0151] 通过本实施方式的方法制作的半导体元件的一例可以包含肖特基二极管。如图7所示，导电性III族氮化物半导体25的第三区域29a包含肖特基二极管的p型保护环部。根据该方法，可以形成用于半导体元件的保护环的p型区域。

[0152] 在工序S112中形成用于半导体元件的电极。如图7所示，在工序S113中，可以形成肖特基电极31。肖特基电极31以与导电性III族氮化物半导体25的第三区域29a和基础区域29b接触的方式形成。根据该方法，肖特基电极31与良好的p型导电性的半导体区域(例如图6的(b)部所示的第三区域29a)接触，因此，能够提高肖特基电极31的耐压。另外，在工序S112中，可以在基板11的导电性的背面11b上形成其他电极(例如背面电极)33。该半导体元件可以具有纵型的结构。

[0153] 通过本实施方式的方法制作的半导体元件的一例可以包含纵向晶体管。如图8所示，导电性III族氮化物半导体25的第二区域28b和第三区域29a包含阱区域，第一区域28a包含源极区域。基础区域28c、29b提供用于向基板11的电流途径的漂移区域和漏极区域。

[0154] 在工序S112中，如图8所示，形成用于半导体元件的电极。在工序S114中，例如，能够以与阱区域和源极区域构成接触的方式形成欧姆电极35。欧姆电极35以与导电性III族氮化物半导体25的第一区域28a和第三区域29a接触的方式形成。根据该方法，欧姆电极35与良好的p型导电性和/或n型导电性的半导体区域(第一区域28a和第三区域29a)接触，因此，能够进行稳定的电位供给，半导体元件的操作稳定。

[0155] 另外，在纵向晶体管的形成中，在阱区域(区域29a)上形成栅膜37，并且在栅膜37上形成栅电极39。根据栅电极39的电位，在阱区域的表面上形成反转层，从而控制源极区域与漂移区域的电导通。

[0156] 通过本实施方式的方法制作的半导体元件的一例可以包含面结型二极管。如图9所示，导电性III族氮化物半导体的第三区域29a包含面结型二极管的p型区域。根据该方法，可以形成用于半导体元件的阳极的p型区域。

[0157] 在工序S112中，如图9所示，形成用于半导体元件的电极。在工序S114中，例如，能够以与面结型二极管的阳极区域构成接触的方式形成欧姆电极41。欧姆电极41以与导电性III族氮化物半导体25的第三区域29a接触的方式形成。根据该方法，欧姆电极41与良好的p型导电性的半导体区域接触，因此，能够进行稳定的电位供给，半导体元件的操作稳定。在第三区域29a包含面结型二极管的阳极区域，并且基础区域29b可以包含面结型二极管的阴极区域。在本实施例中，第三区域29a与基础区域29b构成pn结。根据该方法，半导体元件可以为包含pn结的pn面结型二极管。在需要的情况下，可以制作将p型区域和n型区域的配置互相置换的面结型二极管。

[0158] 另外，在本实施例中，通过导电性III族氮化物半导体25的掺杂剂浓度和掺杂剂分布区的变更，可以制作包含代替pn结的pin结的面结型二极管。该面结型二极管包含以与第一区域的阳极区域和第二区域的阴极区域接触的方式夹持的i型区域。 [0159] 接着，对本实施方式中的实验例进行说明。

[0160] (实验例1)

[0161] 在蓝宝石基板上生长厚度2μm的无掺杂GaN外延层，准备几个外延基板A_1、A_2、A_3、A_4、A_51、A_52、A_53、A_54。在以下的注入条件下对这些外延基板进行离子注入。 [0162] 离子种：Mg离子。

[0163] 加速能量：以从0μm直至深度0.3μm的深度达到Mg浓度 5×1019cm-3的方式进行多阶段注入。

[0164] 总剂量：1.5×1015cm-2。

[0165] 在外延基板A_51～A_54中，在退火前，通过有机金属气相生长(MOVPE)法在生长温度500度下生长厚度500nm的AlN表面保护膜。

[0166] 对外延基板A_1、A_2、A_3、A_4、A_51、A_52、A_53、A_54在以下的条件下进行用于活化的热处理。

[0167] (1)外延基板A_1：在N2气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0168] (2)外延基板A_2：在NH3气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0169] (3)外延基板A_3：在摄氏1050度的温度下，交替供给NH3+H2气氛和H2气氛的程序(シーケンス)。程序可以包含一个或多个单元程序。单元程序包含第一热处理和第二热处理。在本实施例中，单元程序的时间的长度例如为1.5秒。NH3的供给时间的长度例如为0.5秒，NH3+H2的供给时间的长度例如为1.0秒。

[0170] 在(NH3+H2)气氛的期间中，H2流量为10slm，NH3流量也为10slm。H2气氛的期间中，H2流量为20slm。

[0171] (4)外延基板A_4：在H2气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0172] (5-1)外延基板A_51：在摄氏1050度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0173] (5-2)外延基板A_52：在摄氏1200度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0174] (5-3)外延基板A_53：在摄氏1350度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0175] (5-4)外延基板A_54：在摄氏1450度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0176] 在用于活化的热处理后，通过使用TMAH溶液的湿式蚀刻除去外延基板A_51～A_54的AlN膜(室温下、15分钟)。

[0177] 然后，用光学显微镜观察外延基板A_1、A_2、A_3、A_4、A_51、A_52、A_53、A_54的表面。在观察后，在外延基板A_1、A_2、A_3、A_4、A_51、A_52、A_53、A_54的表面上形成包含Ni的欧姆电极，形成半导体元件A_1、A_2、A_3、A_4、A_51、A_52、A_53、A_54，并且进行合金化处理。然后，进行半导体元件A_1、A_2、A_3、A_4、A_51、A_52、A_53、A_54的霍尔测定。通过霍尔测定，测定载流子极性和载流子浓度。

[0178] 图10是表示实验例1的一览的图。对半导体元件的表面的状态进行说明。在该图中，在载流子极性的栏中，符号“n”表示形成n导电性，符号“p”表示形成p导电性。关于载流子浓度的数值中的符号，符号“-”表示电子浓度，符号“+”表示空穴浓度。例如，17 -3
“-5.4e17”的标记是指电子浓度5.4×10 cm 。

[0179] 关于半导体元件A_1，在活化处理的前后，在外延表面上完全不会观察到变化，具有良好的平坦性。关于表面附近，认为也完全没有变化。

[0180] 关于半导体元件A_2，在进行活化处理后，在外延表面上产生凹点等。通过利用NH3的退火，位错等的部分、局部地凹陷的部分优先发生利用NH3的处理(反应)，因此可以认为，该部分的原子大幅移动，产生凹点等。

[0181] 关于半导体元件A_3，在进行活化处理后，观察到表面形貌的明显变化。具体而言，观察到宏观台阶的发生、或小丘的发生等。作为表面形貌变化的理由，可以考虑如下。在短时间的H2气氛中生成除去氮原子后的状态。作为其结果，产生外延表面的原子(特别是Ga)容易移动的状态，在被离子注入后的GaN外延的表面附近引起迁移的大幅增加。其结果，引起表面附近的原子的重排。据认为，在暴露于H2气氛后氮源NH3供给至外延表面，由此促进了再结晶化。

[0182] 关于半导体元件A_4，产生Ga微滴等。这可以认为是由于，通过H2使GaN完全分解。

[0183] 关于半导体元件A_51、A_52、A_53，在各个活化处理前后，完全没有观察到变化，外延表面具有良好的平坦性。通过低温(例如温度摄氏300度～摄氏900度)下成膜的AlN保护膜(例如厚度10nm～2000nm)，保护外延表面，因此不产生表面的变化。另一方面，关于半导体元件A_54，通过活化的处理，形成外延表面上的AlN保护膜，不论是否进行退火，在表面的一部分上都产生Ga微滴。这可以认为是由于，通过热处理温度1450度的退火，从外延层的一部分开始引起GaN的分解。

[0184] 由以上的实验例1的结果可明确所得到的GaN的p型的特性。关于离子注入后的外延膜的活化的方法，与使用氨气气氛中的退火的方法、使用AlN覆膜的方法相比，外延基板A_3的方法优良。另外，与形成AlN保护膜后在高温下进行退火的方法相比，外延基板A_3的方法中在比较低的温度下可以形成良好的p型特性，并不一定需要高温，因此外延基板A_3的方法容易实施。

[0185] (实验例2)

[0186] 示出变更Mg离子的注入条件的实验例。降低Mg离子的剂量。根据发明人的发现，该条件是难以得到p型的条件。另一方面，在实际的电子器件中为有用性和重要性高的条件。

[0187] 在蓝宝石基板上生长厚度2μm的无掺杂GaN外延层，准备几个外延基板B_1、B_2、B_3、B_4、B_51、B_52、B_53、B_54。在以下的注入条件下对这些外延基板进行离子注入。 [0188] 离子种：Mg离子。

[0189] 加速能量：以从0μm直至深度0.5μm的深度达到Mg浓度2×1018cm-3的方式进行多阶段注入。

[0190] 总剂量：1.0×1014cm-2。

[0191] 在外延基板B_51～B_54中，在退火前，通过有机金属气相生长(MOVPE)法、以厚度500nm的AlN膜在生长温度500度下生长AlN表面保护膜。

[0192] 对外延基板B_1、B_2、B_3、B_4、B_51、B_52、B_53、B_54在以下的条件下进行用于活化的热处理。

[0193] (1)外延基板B_1：在N2气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0194] (2)外延基板B_2：在NH3气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0195] (3)外延基板B_3：在摄氏1050度的温度下，交替供给NH3+H2气氛和H2气氛的程序。

[0196] 在(NH3+H2)气氛的期间中，在前半处理中在H2气氛的期间H2流量为20slm。在后半处理中H2流量为10slm，NH3流量为10slm。

[0197] (4)外延基板B_4：在H2气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0198] (5-1)外延基板B_51：在摄氏1050度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0199] (5-2)外延基板B_52：在摄氏1200度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0200] (5-3)外延基板B_53：在摄氏1350度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0201] (5-4)外延基板B_54：在摄氏1450度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0202] 在用于活化的热处理后，通过使用TMAH溶液的湿式蚀刻除去外延基板B_51～B_54的AlN膜(室温下、15分钟)。然后，用光学显微镜观察外延基板B_1～B_54的表面。在观察后，在外延基板B_1～B_54的表面上形成包含Ni的欧姆电极，形成半导体元件B_1、B_2、B_3、B_4、B_51、B_52、B_53、B_54，并且进行合金化处理。然后，进行半导体元件B_1～B_54的霍尔测定。通过霍尔测定，估算载流子极性和载流子浓度。

[0203] 图11是表示实验例2的一览的图。在该图中，在载流子极性的栏中，符号“n”表示形成n导电性，符号“p”表示形成p导电性。关于载流子浓度的数值中的符号，符号“-”表示电子浓度，符号“+”表示空穴浓度。实验例2中的表面形貌显示出与实验例1同样的倾向。热处理的条件对于离子注入的高剂量至中等剂量中的注入离子种的活化而言有用。 [0204] 关于半导体元件B_3，在进行活化处理后，观察到表面形貌的明显变化。具体而言，观察到宏观台阶的发生、小丘的发生等。作为面形貌发生变化的理由，可以考虑如下。在短时间的H2气氛下生成除去氮原子后的状态。作为其结果，产生外延表面的原子(特别是Ga)容易移动的状态，在被离子注入后的GaN外延的表面附近引起迁移的大幅增加。其结果，引起表面附近的原子的重排等。据认为，在暴露于H2气氛后将NH3供给至外延表面，由此促进了再结晶化。

[0205] 在实验例2中，能够得到在向电子器件等的实际应用中使用的情况下的低Mg浓度的p型氮化镓。

[0206] (实验例3)

[0207] 对变更活化处理的条件(交替退火时的温度)的实验例进行说明。Mg离子的注入条件在实验例2中使用的低剂量条件下进行。该条件低于实验例1的剂量条件，因此，是难以得到p型的注入条件。

[0208] 在蓝宝石基板上生长厚度2μm的无掺杂GaN外延层，准备几个外延基板C_1、C_2、C_3、C_4、C_5、C_6、C_7、C_8、C_9。在以下的注入条件下对这些外延基板进行离子注入。

[0209] 离子种：Mg离子。

[0210] 加速能量：以从0μm直至深度0.5μm的深度达到Mg浓度2×1018cm-3的方式进行多阶段注入。

[0211] 总剂量:1.0×1014cm-2。

[0212] 对外延基板C_1～C_9在以下的条件下进行用于活化的热处理。

[0213] 关于热处理中的处理气体，交替供给NH3+H2气氛(0.5秒)和H2气氛(1.0秒)的程序。

[0214] 在(NH3+H2)气氛的期间，H2流量为10slm，NH3流量也为10slm。在H2气氛的期间，H2流量为20slm。

[0215] (1)外延基板C_1：在摄氏700度的温度下进行退火。

[0216] (2)外延基板C_2：在摄氏800度的温度下进行退火。

[0217] (3)外延基板C_3：在摄氏900度的温度下进行退火。

[0218] (4)外延基板C_4：在摄氏1000度的温度下进行退火。

[0219] (5)外延基板C_5：在摄氏1050度的温度下进行退火。

[0220] (6)外延基板C_6：在摄氏1100度的温度下进行退火。

[0221] (7)外延基板C_7：在摄氏1200度的温度下进行退火。

[0222] (8)外延基板C_8：在摄氏1250度的温度下进行退火。

[0223] (9)外延基板C_9：在摄氏1300度的温度下进行退火。

[0224] 然后，用光学显微镜观察外延基板C_1～C_9的表面。在观察后，在外延基板C_1～C_9的表面上形成包含Ni的欧姆电极，形成半导体元件C_1～C_9，并且进行合金化处理。然后，进行半导体元件C_1～C_9的霍尔测定。通过霍尔测定，得到载流子极性和载流子浓度。

[0225] 图12是表示实验例3的一览的图。在该图中，在载流子极性的栏中，符号“n”表示形成n导电性，符号“p”表示形成p导电性。关于载流子浓度的数值中的符号，符号“-”表示电子浓度，符号“+”表示空穴浓度。另外，使用能够提供还原性气氛的还原性气体，可以对被离子注入后的III族氮化物半导体在摄氏800度以上至摄氏1450度范围内的温度下进行热处理。优选在实施交替退火时，在摄氏800度～1250度的范围内能够进行p型掺杂剂的活化。需要说明的是，在实施交替退火前，也能够在氮气气氛中实施例如摄氏1400度以下的预退火。这是因为，通过进行这样的处理，能够恢复由离子注入产生的损坏，实现由交替退火引起的p型掺杂剂的活化率的提高。

[0226] (实验例4)

[0227] 示出进行代替镁(Mg)离子的碳(C)离子的注入的实验例。在蓝宝石基板上生长厚度2μm的无掺杂GaN外延层，准备几个外延基板D_1、D_2、D_3、D_4、D_51、D_52、D_53、D_54。在以下的注入条件下对这些外延基板进行离子注入。

[0228] 离子种：C离子。

[0229] 加速能量：以从0μm直至深度0.3μm的深度达到Mg浓度5×1019cm-3的方式进行多阶段注入。

[0230] 总剂量:1.5×1015cm-2。

[0231] 外延基板D_51～D_54中，在退火前，通过有机金属气相生长(MOVPE)法、以厚度500nm的AlN膜在生长温度500度下生长AlN表面保护膜。

[0232] 对外延基板D_1、D_2、D_3、D_4、D_51、D_52、D_53、D_54在以下的条件下进行用于活化的热处理。

[0233] (1)外延基板D_1：在N2气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0234] (2)外延基板D_2：在NH3气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0235] (3)外延基板D_3：在摄氏1050度的温度下，使用交替供给NH3+H2气氛(0.5秒)和H2气氛(1.0秒)的程序。在(NH3+H2)气氛的期间，H2流量为10slm，NH3流量也为10slm。 [0236] 在H2气氛的期间，H2流量为20slm。

[0237] (4)外延基板D_4：在H2气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0238] (5-1)外延基板D_51：在摄氏1050度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0239] (5-2)外延基板D_52：在摄氏1200度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0240] (5-3)外延基板D_53：在摄氏1350度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0241] (5-4)外延基板D_54：在摄氏1450度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0242] 在用于活化的热处理后，通过使用TMAH溶液的湿式蚀刻，除去外延基板A_51～A_54的AlN膜(室温下、15分钟)。

[0243] 然后，用光学显微镜观察外延基板D_1～D_54的表面。在观察后，在外延基板D_1～D_54的表面上形成包含Ni的欧姆电极，形成半导体元件D_1～D_54，并且进行合金化处理。然后，进行半导体元件D_1～D_54的霍尔测定。通过霍尔测定，能够得到载流子极性和载流子浓度。

[0244] 图13是表示实验例4的一览的图。对半导体元件的表面的状态进行说明。在该图中，在载流子极性的栏中，符号“n”表示形成n导电性，符号“p”表示形成p导电性。关于载流子浓度的数值中的符号，符号“-”表示电子浓度，符号“+”表示空穴浓度。使用碳(C)作为掺杂剂时，通过进行交替供给NH3和H2的交替退火，碳(C)作为p型掺杂剂被活化，能够得到p型的GaN。

[0245] 关于半导体元件C_3，在进行活化处理后，观察到表面形貌的明显变化。具体而言，观察到宏观台阶的发生、小丘的发生等。作为面形貌变化的理由，可以考虑如下。在短时间的H2气氛中生成除去氮原子的状态。作为其结果，产生外延表面的原子(特别是Ga)容易移动的状态，在被离子注入后的GaN外延的表面附近引起迁移的大幅增加。其结果，引起表面附近的原子的重排等。据认为，在暴露于H2气氛后将NH3供给至外延表面，由此促进了再结晶化。

[0246] 即使为其他掺杂剂、例如锌(Zn)、钙(Ca)、钇(Y)、铍(Be)，该离子种也可以作为p型掺杂剂被活化，得到p型的GaN。

[0247] (实验例5)

[0248] 对进行Si的离子注入的实验例进行说明。n型掺杂剂的离子注入应用于电子器件的接触层的形成(选择n层的形成、n+层的形成)。这在实用上也极其重要。 [0249] 在蓝宝石基板上生长厚度2μm的无掺杂GaN外延层，准备几个外延基板E_1、E_2、E_3、E_4、E_51、E_52、E_53、E_54。在以下的注入条件下对这些外延基板进行离子注入。 [0250] 离子种：Si离子。

[0251] 加速能量：以从0μm直至深度0.3μm的深度达到Mg浓度5×1018cm-3的方式进行多阶段注入。

[0252] 总剂量:1.7×1014cm-2。

[0253] 在外延基板E_51～E_54中，在退火前，通过有机金属气相生长(MOVPE)法、以厚度500nm的AlN膜在生长温度500度下生长AlN表面保护膜。

[0254] 对外延基板E_1、E_2、E_3、E_4、E_51、E_52、E_53、E_54在以下的条件下进行用于活化的热处理。

[0255] (1)外延基板E_1：在N2气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0256] (2)外延基板E_2：在NH3气氛、摄氏1050度的温度下，时间1 分钟。 [0257] (3)外延基板E_3：在摄氏1050度的温度下，交替供给NH3+H2气氛(0.5秒)和H2气氛(1.0秒)的程序。

[0258] 在(NH3+H2)气氛的期间，H2流量为10slm，NH3流量也为10slm。在H2气氛的期间，H2流量为20slm。

[0259] (4)外延基板E_4：在H2气氛、摄氏1050度的温度下，时间1分钟。 [0260] (5-1)外延基板E_51：在摄氏1050度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0261] (5-2)外延基板E_52：在摄氏1200度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0262] (5-3)外延基板E_53：在摄氏1350度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0263] (5-4)外延基板E_54：在摄氏1450度的温度、时间1分钟、N2气氛中进行退火。 [0264] 在用于活化的热处理后，通过使用TMAH溶液的湿式蚀刻，除去外延基板E_51～E_54的AlN膜(室温下15分钟的湿式蚀刻处理)。

[0265] 然后，用光学显微镜观察外延基板E_1～E_54的表面。在观察后，在外延基板E_1～E_54的表面上形成包含Ni的欧姆电极，形成半导体元件E_1～E_54，并且进行合金化处理。然后，进行半导体元件E_1～E_54的霍尔测定。通过霍尔测定，得到载流子极性和载流子浓度。

[0266] 图14是表示实验例4的概要的图。对半导体元件的表面的状态进行说明。在该图中，在载流子极性的栏中，符号“n”表示形成n导电性。关于载流子浓度的数值中的符号，符号“-”表示电子浓度。

[0267] 参考该Si浓度的栏可知，在这些实验例中，外延基板E_1、E_3的条件也显示比较高的载流子浓度，该方法能够提供优良的活化。

[0268] (实验例6)

[0269] 对截止目前的实验例进行总结。在上述实验中，在GaN中进行作为离子种的Mg、C、Si的离子注入后，为了该GaN的活化，连续地进行各种热处理。其中，将(NH3+H2)供给与H2供给交替供给的同时进行热处理。在该热处理中，将氨气这样的氮供给源与氢气这样的还原性气氛(蚀刻气体)交替供给。交替供给的气体无需完全将两者(H2与NH3)彼此分开，例如可以进行将包含氮源气体(例如NH3)的第一气氛、和包含还原性气体(例如H2)和氮源(例如少于第一气氛的NH3)的第二气氛交替地使活化的对象物暴露的热处理。此时，可以使第一气氛与第二气氛的比例(周期性)变动。由此，可以使各种离子种在III族氮化物半导体中活化。

[0270] 另外，氮源的气氛不仅通过氢气和氨气的组合形成，而且可以通过在III族氮化物半导体的生长时能够成为其构成元素的氮源的气体形成。作为能够成为氮源的气体，除了氨气之外，还可以应用例如肼类气体、胺类气体等、氮自由基、等离子体化的氮、等离子体化的氨。另外，还原性气氛(蚀刻气体)可以由对于III族氮化物半导体具有还原作用的气体提供。另外，作为还原性气氛(蚀刻气体)，除了氢气之外，还可以使用例如氯化氢(例如HCl)、氯(例如Cl2)等。或者，也可以使用氢自由基、等离子体化的氢或等离子体化的氩等。

[0271] 另外，在上述实验例中，在离子注入的元素中示出Mg、C、Si的实验。但是，作为n型掺杂剂，可以使用锗等。另外，作为p型掺杂剂，可以使用锌、钙、钇、碳、铍等。在使用这些掺杂剂时，可以期待与实验例同样的效果。

[0272] 另外，在实验例中，使用GaN层作为III族氮化物半导体。作为III族氮化物半导体，对于AlGaN、InGaN、AlInGaN等，也可以应用实验例的退火法，由通过离子注入导入的p-、n-掺杂剂分别得到p-、 n-导电性。

[0273] 氮源气氛和还原性气氛的反复的应用例，通过适当地选择处理时间、热处理温度、气氛的压力这样的处理条件，可以包含例如氨气氛、接着氢气氛、最后氨气氛这样的处理。另外，应用例也可以包含进一步的多次反复的处理。

[0274] (实验例7)

[0275] 根据图15所示的工序流程，对作为半导体元件的肖特基势垒二极管进行说明。制8 -2
作包含p型保护环的肖特基势垒二极管。作为导电性基板，准备具有1×10cm 的位错密
18 -3 +
度的导电性GaN晶片。通过MOVPE法使Si浓度2×10 cm 和厚度1μm的nGaN层、Si浓
16 -3 -
度1×10 cm 和厚度5μm的nGaN层依次在该GaN基板上生长，制作外延基板。在图15-2 8 -2 -3 18 -3
中的标记中，“1e8cm ”是指面密度“1×10cm ”，“2e18cm ”是指浓度“2×10 cm ”。在图
18和图19中也使用同样的标记。

[0276] 实验F_1。

[0277] 制作具有p型保护环的肖特基势垒二极管。利用MOVPE在上述外延基板上生长厚度30nm的AlN膜后，在整个面上涂布厚度1μm的光致抗蚀剂，然后使用对准器和光掩模，形成具有直径1mm和宽10μm的环状的窗的抗蚀剂掩模。接着，为了蚀刻AlN膜，在TMAH溶液中浸渍5分钟。形成具有环状的开口的AlN掩模。使用该AlN掩模，对外延基板进行仅仅Mg离子的离子注入。离子注入的条件如下：以从外延表面到0.5μm的深度的Mg浓度达18 -3 14 -2
到约2×10 cm 的方式，以1×10 cm 的总剂量进行多阶段的离子注入。其结果，介由AlN掩模的开口在GaN层中形成直径1mm和宽10μm的环状的Mg注入区域。在离子注入后仅除去抗蚀剂掩模、残留AlN掩模。

[0278] 作为退火处理，进行如下步骤：在摄氏1050度的温度下交替形成1分钟、(NH3和H2的混合气体)/H2的气氛的同时进行退火。在包含NH3 和H2的混合气体的气氛中，H2流量为10slm，NH3流量为10slm。在包含H2的气氛中，H2流量为20slm。在该程序中，一个周期为1.5秒的时间。在1.5秒的时间内通过氢气，在0.5秒的时间内通过氨气。然后，在使用TMAH除去AlN掩模后，在N2气氛中摄氏850度下进行2分钟的退火。

[0279] 实验F_2。

[0280] 在离子注入后，使用TMAH溶液除去具有环状开口的AlN掩模。在除去后，再次通过MOVPE法在整个面上生长厚度100nm的AlN层。在成膜后，在N2气氛中进行摄氏1350度、1分钟的退火。在实施退火后，使用TMAH溶液除去AlN层。

[0281] 在通过这些实验制作的外延基板F_1、F_2的导电性GaN基板的背面上形成欧姆电极。然后，实施摄氏600度的合金化处理。然后，使用对准器和光掩模，以电极的端部位于p型保护环的宽10μm内的方式形成圆形的肖特基电极(Ni/Au电极)。

[0282] 实验F_3。

[0283] 制作不具有p型保护环的肖特基势垒二极管。通过外延生长制作外延基板后，在导电性GaN基板的背面上形成欧姆电极，在摄氏600度下实施合金化处理。然后，使用对准器和光掩模，形成圆形(直径1mm)的肖特基电极(Ni/Au电极)。

[0284] 通过这些实验，制作具有图16所示结构的肖特基势垒二极管。在参考图17的同时，对通过上述三个实验制作的肖特基势垒二极管F_1、F_2、F_3的特性进行说明。导通电阻、正向电压Vf这样的正向特性在任一肖特基势垒二极管F_1、F_2、F_3中均相同。关于逆向的特性中的耐压，显示出肖特基势垒二极管F_1的逆向耐压在3种肖特基势垒二极管中最高，通过离子注入和活化退火提供了能够应用于保护环的良好p型的特性。 [0285] 在该实验例F1中，仅仅将p型保护环层的表面、即被Mg离子注入后的GaN层的表面暴露在使用NH3/H2的交替退火的气氛中。在露出的表面形貌中，形成宏观台阶等，该部分的形貌显示与以AlN掩模覆盖的部分不同的外观。这样的宏观台阶对肖特基势垒二极管耐压这样的电特性不产生影响。在本实验例中制作了具有p型保护环的肖特基势垒二极管，但本实施方式也能够在其他二极管等半导体元件中应用。

[0286] (实验例8)

[0287] 根据图18和图19所示的工序流程，对作为半导体元件的纵向晶体管进行说明。制8 -2
作具有AlGaN沟道的纵向晶体管。准备具有1×10cm 的位错密度的导电性GaN晶片。通
18 -3 +
过MOVPE法依次在该GaN基板上生长Si浓度2×10 cm 和厚度1μm的nGaN层、Si浓度
16 -3 -
1×10 cm 和厚度5μm的nGaN层、和厚度15nm的无掺杂AlGaN层(Al含量：0.25)，制作外延基板。

[0288] 实验G1(在残留有AlGaN层的状态下进行制作的方法)。

[0289] 制作纵向晶体管。使用MOVPE在上述外延基板上生长厚度500nm的AlN膜后，在基板的整个面上涂布厚度1μm的光致抗蚀剂。在涂布后，使用对准器和光掩模，形成用于n型接触区域的具有窗的抗蚀剂掩模。接着，为了进行AlN膜的蚀刻，在TMAH溶液中浸渍5分钟。形成用于n型接触区域的具有开口的AlN掩模。使用这样制作的AlN掩模，对外延基板进行仅仅Si离子的离子注入。离子注入的条件如下：以距外延表面20nm直至0.1μm18 -3 13 -2
的深度的Si浓度达到约5×10 cm 的方式以5×10 cm 的总剂量进行多阶段的离子注入。
其结果，形成用于n型接触区域的Si注入区域。在离子注入后仅除去抗蚀剂掩模、残留AlN掩模。

[0290] 在除去抗蚀剂掩模后，再次在基板的整个面上涂布厚度1μm的光致抗蚀剂。使用对准器和光掩模，形成用于p型阱的具有窗的抗蚀剂掩模。接着，为了进行之前的AlN掩模(AlN膜)的蚀刻，在TMAH溶液中浸渍5分钟。由之前的AlN掩模形成用于p型阱的具有开口的AlN掩模。使用该新的AlN掩模，对外延基板进行仅仅Mg离子的离子注入。离子18 -3
注入的条件如下：以距外延表面20nm直至0.5μm的深度的Mg浓度达到约2×10 cm 的
14 -2
方式，以1×10 cm 的总剂量进行多阶段的离子注入。其结果，形成用于p型阱区域的Mg注入区域。在第二次离子注入后，仅除去抗蚀剂掩模，残留具有被重新调整大小后的开口的AlN掩模。

[0291] 在二次离子注入后，在AlN掩模的开口处露出Mg注入层和Si注入层。在离子注入后作为退火处理，使用以下的条件：在摄氏1120度的温度下交替形成1分钟(NH3和H2的混合气体)/H2的气氛的同时进行退火。在包含NH3和H2的混合气体的气氛中，H2流量为10slm，NH3流量为10slm。在包含H2的气氛中，H2流量为20slm。在该程序中，在1.5秒的时间内通过氢气，在0.5秒的时间内通过氨气，一周期为1.5秒的时间。然后，使用TMAH除去AlN掩模后，在N2气氛中摄氏850度下进行2分钟的退火。然后，使用TMAH溶液除去AlN掩模。由此，可以使Mg(p型层)、和进入该离子注入Mg后的区域中的Si(n型层)活化。在退火后的外延基板上形成欧姆电极(漏电极/源电极)和栅电极。

[0292] 实验G2。

[0293] 制作纵向晶体管。使用MOVPE在上述外延基板上生长厚度30nm的AlN膜后，通过反应性离子蚀刻法，部分地除去厚度15nm的AlGaN层。然后，用氢氟酸(HF)进行1分钟的表面处理。

[0294] 在蚀刻后，在整个面上涂布厚度1μm的光致抗蚀剂后，使用对准器和光掩模，形成用于n型接触区域的具有窗的抗蚀剂掩模。接着，为了进行AlN膜的蚀刻，在TMAH溶液中浸渍5分钟。使用该AlN掩模，对外延基板进行仅仅Si离子的离子注入。离子注入的条18 -3
件如下：以距外延表面20nm直至0.1μm的深度的Si浓度达到约5×10 cm 的方式，以
13 -2
5×10 cm 的总剂量进行多阶段的离子注入。其结果，形成用于n型接触区域的Si注入区域。

[0295] 在除去抗蚀剂掩模后，再次在整个面上涂布厚度1μm的光致抗蚀剂后，形成用于p型阱的具有窗的抗蚀剂掩模。接着，为了进行AlN膜的蚀刻，在TMAH溶液中浸渍5分钟。形成用于p型阱的具有开口的AlN掩模。使用该AlN掩模，对外延基板进行仅仅Mg离子的离子注入。离子注入的条件如下：以距外延表面20nm直至0.5μm的深度的Mg浓度达到约
18 -3 14 -2
2×10 cm 的方式，以1×10 cm 的总剂量进行多阶段的离子注入。其结果，形成用于p型阱区域的Mg注入区域。使用该AlN掩模，对外延基板进行仅仅Mg离子的离子注入。离子
18 -3
注入的条件如下：以距外延表面20nm直至0.5μm的深度的Mg浓度达到约2×10 cm 的方
14 -2
式，以1×10 cm 的总剂量进行多阶段的离子注入。其结果，形成用于p型阱区域的Mg注入区域。在离子注入后仅除去抗蚀剂掩模、残留AlN掩模。

[0296] Mg注入层和Si注入层在AlN掩模的开口处露出。作为退火处理，使用以下的条件：在摄氏1120度的温度下交替形成1分钟(NH3和H2的混合气体)/H2的气氛的同时进行退火。在包含NH3和H2的混合气体的气氛中，H2流量为10slm，NH3流量为10slm。在包含H2的气氛中，H2流量为20slm。在该程序中，在1.5秒的时间内通过氢气，在0.5秒的时间内通过氨气，一周期为1.5秒的时间。然后，使用TMAH除去AlN掩模后，在N2气氛中摄氏850度下进行2分钟的退火。然后，使用TMAH溶液除去AlN掩模。由此，可以使Mg(p型层)、和进入该离子注入Mg后的区域中的Si(n型层)活化。在退火后的外延基板上形成欧姆电极(漏电极/源电极)和栅电极。

[0297] 通过这些实验，制作具有图20所示的结构的纵向晶体管。参考图21的同时，对通过上述实验制作的纵向晶体管G_1、G_2的特性进行说明。关于导通电阻、耐压中的任意一种，纵向晶体管G_1的导通电阻比纵向晶体管G_2的导通电阻低。另外，纵向晶体管G_2的逆向耐压比纵向晶体管G_1的逆向耐压高。在这样制作的纵向晶体管中，由于在使离子注入后的Mg注入层和Si注入层露出的状态下实施了H2/NH3退火，因此，在实验G1的外延表面上稍微产生宏观台阶。在实验G2的外延表面上产生宏观台阶。在任意实验例中，被离子注入后的区域的表面以外的其他部分均具有良好的表面形貌。

[0298] 这样制作的纵向晶体管包含AlGaN沟道，但也可以具有其他材料(例如AlInN、MOS或MIS)的沟道。另外，也可以制作用于具有MIS型、MOS型的纵向晶体管的p型阱区域和n型接触区域。另外，用于晶体管的p型区域和n型区域不限于纵向晶体管，也应用于横向晶体管(例如高电子迁移率晶体管)。

[0299] 图22和图23是表示在H2/NH3退火时外延表面的外观的显微镜像的图。图22是表示在H2/NH3退火时没有在气氛中露出的部分的外观的图。图23是表示在H2/NH3退火时在气氛中露出的部分的外观的图。将图22和图23相互比较时，可以理解为在H2/NH3气氛中露出的部分的形貌发生变化。

[0300] 如在以上的实验例中的半导体元件的制作的理解的那样，半导体元件可以具有以下的结构。

[0301] 本实施方式中的III族氮化物半导体装置具有III族氮化物半导体区域。在该III族氮化物半导体区域的一部分中选择性地注入有p型掺杂剂，该被注入后的p型掺杂剂通过本实施方式中的热处理方法而被活化。

[0302] 例如该III族氮化物半导体装置包含具有p型保护环层的肖特基势垒二极管，该p型保护环层的p型掺杂剂通过本实施方式中的热处理方法而被活化。

[0303] 例如III族氮化物半导体装置包含具有p型半导体区域和n型半导体区域的纵向晶体管，这些p型半导体层和n型半导体区域的各掺杂剂通过本实施方式中的热处理方法而被活化。

[0304] 例如III族氮化物半导体装置包含III族氮化物半导体区域。在III族氮化物半导体区域的第一部分中选择性地离子注入有Mg，并且在III族氮化物半导体区域的第二部分中没有被离子注入。该被注入的Mg进行了活化，并且第一部分的表面具有与第二部分的表面不同的表面形貌。

[0305] 例如III族氮化物半导体装置包含具有p型保护环半导体部和n型半导体部的肖特基势垒二极管。该p型保护环层的p型掺杂剂进行了活化，p型保护环层的表面的至少一部分具有与n型半导体区域的表面形貌不同的表面形貌。

[0306] 例如III族氮化物半导体装置包含具有p型半导体层和n型半导体层的纵向晶体管。p型半导体层的掺杂剂和n型半导体层的掺杂剂进行了活化，p型半导体层和n型半导体层中的任意一个表面的至少一部分表面具有与其他部分的表面形貌不同的表面形貌。 [0307] 本发明不限于本实施方式中公开的特定的构成。

[0308] 在本实施例中，例示了在电子器件中的应用例，但对于紫外LED的p层(p-AlGaN、p-AlN、p-GaN等的层)的p型掺杂剂的活化而言是有用的。另外，对热处理中还原性气体与氮源气体的组合进行了说明，除此以外，也可以考虑使用等离子体的方法等、例如使用等离子体的方法、交替使用氢等离子体处理、氮等离子体或氨等离子体的方法等。另外，作为形貌的例子，使用出现六角形状的小丘的形貌，也可以存在宏观台阶等的情况。需要说明的是，在照片中，使用了基板的偏角处于准点附近(ジャスト付近)的基板，但在使用具有偏角的基板时，当然成为与其不同的形状。

[0309] 如以上所说明，根据本实施方式，提供能够提供显示良好导电性的III族氮化物半导体的、用于制作III族氮化物半导体的方法。根据本实施方式，提供能够提供显示良好导电性的III族氮化物半导体的、用于制作半导体元件的方法。另外，根据本实施方式，提供能够提供显示良好导电性的III族氮化物半导体的、用于进行III族氮化物半导体的热处理的方法。根据本实施方式，提供包含显示良好导电性的III族氮化物半导体的III族氮化物半导体装置。

[0310] 在优选的实施方式中，图示地说明了本发明的原理，但本发明只要不脱离这样的原理，则在配置和细节中可以进行变更，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，从权利要求及其精神的范围得到的全部修正和变更均属于本发明的范围内。

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