CN103782376B - Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够在Ga2O3系单晶体中形成具有优异导电性的区域的、使用了离子注入法的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法。通过如下方法来控制Ga2O3系单晶体（1）的供体浓度，所述方法包括：利用离子注入法向Ga2O3系单晶体（1）导入第IV族元素作为供体杂质，在Ga2O3系单晶体（1）中形成第IV族元素的浓度比未注入第IV族元素的区域高的供体杂质注入区域（3）的工序，和通过800℃以上的退火处理，从而使供体杂质注入区域（3）中的第IV族元素活化而形成高供体浓度区域的工序。
Description
技术领域
本发明涉及Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，特别涉及利用了离子注入法的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法。
背景技术
作为现有的Ga2O3单晶的形成方法，已知有边使Ga2O3单晶生长边添加Si、Sn等第IV族元素而对Ga2O3单晶赋予导电性的方法(例如，参照专利文献1)。
另外，作为现有的其它Ga2O3单晶的形成方法，已知有边向蓝宝石基板上添加Sn等杂质边使β-Ga2O3结晶异质外延生长而形成具有导电性的β-Ga2O3结晶膜的方法(例如，参照专利文献2)。
另外，已知有通过离子注入向SiC结晶导入杂质离子的方法(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-235961号公报
专利文献2：日本专利第4083396号公报
专利文献3：日本专利第4581270号公报
发明内容
另一方面，在用于对Ga2O3单晶等氧化物单晶赋予导电性的杂质的导入中，难以利用离子注入法。这是由于氧化物中容易发生离子注入所致的损伤，即使离子注入后进行退火处理也难以使损伤充分恢复。认为在氧化物单晶中，由于在离子注入时氧缺陷，所以结晶的损伤变大。
然而，离子注入法具有能够在母结晶形成后控制杂质浓度、能够较容易地局部导入杂质等优点。
因此，本发明的目的在于提供一种能够在Ga2O3系单晶体中形成具有优异导电性的区域的、使用了离子注入法的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法。
为了实现上述目的，本发明的一个方式提供[1]～[5]的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法。
[1]一种Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，包括：利用离子注入法向Ga2O3系单晶体导入第IV族元素作为供体杂质，在上述Ga2O3系单晶体中形成上述第IV族元素的浓度比未注入上述第IV族元素的区域高的供体杂质注入区域的工序，和通过800℃以上的退火处理，使上述供体杂质注入区域中的上述第IV族元素活化，从而将所述供体杂质注入区域形成具有比所述退火处理前的供体浓度高的高供体浓度区域的工序。
[2]根据上述[1]中记载的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，其中，上述退火处理在氮环境下且800℃以上的条件下实施。
[3]根据上述[1]中记载的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，其中，上述退火处理在氧环境下且800℃～950℃的条件下实施。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项记载的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，其中，利用在上述Ga2O3系单晶体上形成的掩模，向上述Ga2O3系单晶体的表面的部分区域导入上述第IV族元素，在上述Ga2O3系单晶体的上述表面的部分区域形成上述供体杂质注入区域。
[5]根据上述[1]中记载的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，其中，上述Ga2O3系单晶体是Ga2O3系单晶基板或在支承基板上形成的Ga2O3系结晶膜。
根据本发明，能够提供一种可在Ga2O3系单晶体中形成具有优异导电性的区域的、利用了离子注入法的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法。
附图说明
图1A是表示离子注入工序的一个例子的β-Ga2O3系单晶体的截面图。
图1B是表示离子注入工序的一个例子的β-Ga2O3系单晶体的截面图。
图1C是表示离子注入工序的一个例子的β-Ga2O3系单晶体的截面图。
图1D是表示离子注入工序的一个例子的β-Ga2O3系单晶体的截面图。
图2是表示离子注入后的在氮环境下的退火处理温度与β-Ga2O3单晶膜的导电性的关系的图。
图3是表示离子注入后的在氧环境下的退火处理温度与β-Ga2O3单晶膜的导电性的关系的图。
具体实施方式
〔实施方式〕
根据本实施方式，通过利用离子注入法向Ga2O3系单晶体导入供体杂质，在规定的条件下实施退火处理，从而能够在Ga2O3系单晶体中形成具有优异导电性的高供体浓度区域。以下，作为该实施方式的一个例子，对β-Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法进行详细说明。应予说明，本实施方式的Ga2O3系单晶体不限于β-Ga2O3系单晶体，也可以是α-Ga2O3系单晶体等具有其它结构的Ga2O3系单晶体。
图1A～1D是表示离子注入工序的一个例子的β-Ga2O3系单晶体的截面图。
首先，如图1A所示，在β-Ga2O3系单晶体1上形成掩模2。掩模2利用光刻法等形成。
接下来，如图1B所示，利用离子注入向β-Ga2O3系单晶体1注入 供体杂质，在β-Ga2O3系单晶体1的表面形成供体杂质注入区域3。此时，由于没有在β-Ga2O3系单晶体1的被掩模2覆盖的区域注入供体杂质，所以供体杂质注入区域3形成在β-Ga2O3系单晶体1的表面的部分区域。供体杂质注入区域3的供体杂质浓度比β-Ga2O3系单晶体1的没有注入供体杂质的区域的供体杂质浓度高。
应予说明，可以不使用掩模2地进行离子注入，在β-Ga2O3系单晶体1的整个表面形成供体杂质注入区域3。另外，可以通过调整离子注入的条件来控制供体杂质注入区域3的深度、浓度分布。
接下来，如图1C所示，除去掩模2。
然后，如图1D所示，通过实施800℃以上的退火处理，从而使供体杂质注入区域3的供体杂质活化，形成供体浓度高的高供体浓度区域4。另外，可以利用该退火处理使由离子注入引起的β-Ga2O3系单晶体1的损伤恢复。具体的退火处理的条件例如是氮环境、氩环境等非活性环境下且800℃以上，氧环境下且800℃～950℃。
β-Ga2O3系单晶体1由β-Ga2O3单晶或添加了Al、In等元素的β-Ga2O3单晶构成。例如，也可以是作为添加了Al和In的β-Ga2O3结晶(GaxAlyIn(1-x-y))2O3(0＜x≤1，0≤y≤1，0＜x+y≤1)的结晶。添加Al时带隙变宽，添加In时带隙变窄。
β-Ga2O3系单晶体1例如是β-Ga2O3系单晶基板、在支承基板上形成的β-Ga2O3系结晶膜。
作为利用离子注入法向β-Ga2O3系单晶体1导入的供体杂质，可使用Si、Sn、Ge等第IV族元素。
图2是表示离子注入后的在氮环境下的退火处理的温度与作为β-Ga2O3系单晶体的β-Ga2O3单晶基板的导电性的关系的图。图2的纵轴表示β-Ga2O3单晶基板的高供体浓度区域的每单位立方厘米的供体密度与受体密度之差(Nd-Na)，即作为n型半导体的β-Ga2O3单晶基板的高供体浓度区域的导电性的高低。图2的横轴表示氮环境下的退火处理的温度。退火处理各实施30分钟。
该高供体浓度区域是深度200nm的箱型的区域，是通过向供体浓度为3×1017/cm3的β-Ga2O3单晶基板离子注入浓度1×1019/cm3的Si或Sn而形成的。另外，该高供体浓度区域是通过向以(010)面为主面的β-Ga2O3单晶基板的主面垂直注入供体杂质而形成的。
图2中的■和▲分别表示注入Si和Sn作为供体杂质时的Nd-Na的值。另外，○表示未注入供体杂质时的Nd-Na的值。
如图2所示，注入Si时、注入Sn时，通过800℃以上的退火处理，Nd-Na的值均变高。即，通过在离子注入后在氮环境下实施800℃以上的退火处理，从而能够对β-Ga2O3单晶基板赋予高导电性。应予说明，未注入供体杂质时，即使提高退火处理的温度，Nd-Na的值也不会大幅增加。
图3是表示离子注入后的在氧环境下的退火处理的温度与作为β-Ga2O3系单晶体的β-Ga2O3单晶基板的导电性的关系的图。图3的纵轴表示β-Ga2O3单晶基板的高供体浓度区域的每单位立方厘米的供体密度与受体密度之差(Nd-Na)，即作为n型半导体的β-Ga2O3单晶基板的高供体浓度区域的导电性的高低。图3的横轴表示在氧环境下的退火处理的温度。退火处理各实施30分钟。
图3中的■和▲分别表示注入Si和Sn作为供体杂质时的Nd-Na的值。
如图3所示，注入Si时，通过800℃～950℃的退火处理而Nd-Na的值变高。另外，注入Sn时，通过800℃～1100℃的退火处理而Nd-Na的值变高。即，通过在离子注入后在氧环境下实施800℃～950℃的退火处理，从而能够对β-Ga2O3单晶基板赋予高导电性。
(实施方式的效果)
根据本实施方式，通过利用离子注入法向β-Ga2O3系结晶体导入供体杂质，在规定的条件下实施退火处理，从而能够在β-Ga2O3系结晶体中形成具有优异导电性的高供体浓度区域。由于利用离子注入法形成高供体浓度区域，所以能够在β-Ga2O3系结晶体形成后控制高供体浓度区域的供体浓度，赋予所希望的导电性。另外，通过利用掩模等，从而能 够在β-Ga2O3系结晶体中局部地形成高供体浓度区域。
以上，说明了本发明的实施方式，但上述中记载的实施方式不限定专利申请要求保护的范围所涉及的发明。另外，应该注意实施方式中说明的特征的所有组合未必是用于解决发明的课题的手段所必需的。
产业上的可利用性
本发明提供一种能够在Ga2O3系单晶体中形成具有优异导电性的区域的、利用了离子注入法的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法。
符号说明
1…β-Ga2O3系单晶体，2…掩模，3…供体杂质注入区域，4…高供体浓度区域
Claims (5)
1.一种Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，包括：
利用离子注入法向Ga2O3系单晶体导入第IV族元素作为供体杂质，在所述Ga2O3系单晶体中形成供体杂质注入区域的工序，该供体杂质注入区域的所述第IV族元素的浓度比未注入所述第IV族元素的区域高，和
通过800℃以上的退火处理，使所述供体杂质注入区域中的所述第IV族元素活化，从而将所述供体杂质注入区域形成具有比所述退火处理前的供体浓度高的高供体浓度区域的工序。
2.根据权利要求1所述的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，其中，所述退火处理在氮环境下且800℃以上的条件下实施。
3.根据权利要求1所述的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，其中，所述退火处理在氧环境下且800℃～950℃的条件下实施。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，其中，利用在所述Ga2O3系单晶体上形成的掩模，向所述Ga2O3系单晶体的表面的部分区域导入所述第IV族元素，在所述Ga2O3系单晶体的所述表面的部分区域形成所述供体杂质注入区域。
5.根据权利要求1所述的Ga2O3系单晶体的供体浓度控制方法，其中，所述Ga2O3系单晶体是Ga2O3系单晶基板或在支承基板上形成的Ga2O3系结晶膜。
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