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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024164556
(43)【公開日】2024-11-27
(54)【発明の名称】窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20241120BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20241120BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20241120BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 652D
H01L29/78 652T
H01L29/78 652F
H01L29/78 652S
H01L29/78 658A
H01L29/78 652J
H01L29/78 653A
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023080128
(22)【出願日】2023-05-15
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(72)【発明者】
【氏名】大内 祐貴
(72)【発明者】
【氏名】上野 勝典
(72)【発明者】
【氏名】田中 亮
(72)【発明者】
【氏名】高島 信也
(57)【要約】
【課題】高濃度のｐ型領域を実現することが可能な窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置は、窒化物結晶層と、窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備える。ｐ型領域は、３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む。
【選択図】図３
【解決手段】窒化物半導体装置は、窒化物結晶層と、窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備える。ｐ型領域は、３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒化物結晶層と、
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備え、
前記ｐ型領域は、
３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、
３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む窒化物半導体装置。
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備え、
前記ｐ型領域は、
３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、
３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む窒化物半導体装置。
【請求項2】
前記１３族元素は、Ｂ及びＡｌの少なくとも一方である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項3】
前記アクセプタ元素は、Ｌｉ及びＢｅの少なくとも一方である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項4】
窒化物結晶基板をさらに備え、
前記窒化物結晶層は前記窒化物結晶基板の一方の面上に設けられており、
前記ｐ型領域の格子定数であって、前記一方の面に平行な第１方向の格子定数と、前記一方の面に平行で前記第１方向と交差する第２方向の格子定数は、前記窒化物結晶基板の前記第１方向及び前記第２方向の各格子定数とそれぞれ等しい、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
前記窒化物結晶層は前記窒化物結晶基板の一方の面上に設けられており、
前記ｐ型領域の格子定数であって、前記一方の面に平行な第１方向の格子定数と、前記一方の面に平行で前記第１方向と交差する第２方向の格子定数は、前記窒化物結晶基板の前記第１方向及び前記第２方向の各格子定数とそれぞれ等しい、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項5】
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型のウェル領域と、
前記窒化物結晶層に設けられ、前記ウェル領域にチャネルが形成される電界効果トランジスタと、を備え、
前記ｐ型領域は、前記ウェル領域よりも前記アクセプタ元素の濃度が高く、かつ前記ウェル領域に電気的に接続する、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
前記窒化物結晶層に設けられ、前記ウェル領域にチャネルが形成される電界効果トランジスタと、を備え、
前記ｐ型領域は、前記ウェル領域よりも前記アクセプタ元素の濃度が高く、かつ前記ウェル領域に電気的に接続する、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項6】
前記窒化物結晶層に設けられたダイオードを備え、
前記ｐ型領域は前記ダイオードのアノード領域である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
前記ｐ型領域は前記ダイオードのアノード領域である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項7】
窒化物結晶層に３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇを導入する工程と、
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域に、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程と、
前記Ｍｇが導入され、かつ前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方が導入された前記窒化物結晶層に熱処理を施して、前記Ｍｇを活性化することによって、前記窒化物結晶層にｐ型領域を形成する工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域に、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程と、
前記Ｍｇが導入され、かつ前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方が導入された前記窒化物結晶層に熱処理を施して、前記Ｍｇを活性化することによって、前記窒化物結晶層にｐ型領域を形成する工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域にＮをイオン注入する工程をさらに備え、
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、請求項７に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、請求項７に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記Ｍｇが導入され、前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層上に保護膜を形成する工程をさらに備え、
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記保護膜が形成された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、請求項８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記保護膜が形成された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、請求項８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、請求項７又は８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、請求項７又は８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記Ｍｇを含む第１膜を前記窒化物結晶層上に形成し、
前記第１膜が形成された前記窒化物結晶層に第１熱処理を施して、前記第１膜から前記窒化物結晶層に前記Ｍｇを熱拡散させることで行う、請求項７又は８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
前記Ｍｇを含む第１膜を前記窒化物結晶層上に形成し、
前記第１膜が形成された前記窒化物結晶層に第１熱処理を施して、前記第１膜から前記窒化物結晶層に前記Ｍｇを熱拡散させることで行う、請求項７又は８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、請求項７又は８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、請求項７又は８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程は、
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を含む第２膜を前記窒化物結晶層上に形成し、
前記第２膜が形成された前記窒化物結晶層に第２熱処理を施して、前記第２膜から前記窒化物結晶層に前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を熱拡散させることで行う、請求項７又は８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を含む第２膜を前記窒化物結晶層上に形成し、
前記第２膜が形成された前記窒化物結晶層に第２熱処理を施して、前記第２膜から前記窒化物結晶層に前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を熱拡散させることで行う、請求項７又は８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
縦型のＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有する窒化物半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、窒化物半導体装置では、マグネシウム（Ｍｇ）をドーパントとして用いることによりｐ型の伝導度制御が可能である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－０９６７４４号公報
【特許文献2】特開２０１４－０８６６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
窒化物半導体装置において、良好なオーミック接触を実現するためには、高濃度のｐ型領域を窒化物半導体に選択的に形成する必要がある。しかし、高濃度のｐ型領域をイオン注入で形成しようとすると、Ｍｇが偏析して濃度が低下する傾向があり、その実現は難しかった。本開示は上記課題に着目してなされたものであって、高濃度のｐ型領域を実現することが可能な窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る窒化物半導体装置は、窒化物結晶層と、前記窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備える。前記ｐ型領域は、３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む。
【0006】
本開示の一態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物結晶層に３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇを導入する工程と、前記窒化物結晶層において前記Ｍｇがイオン注入される領域に、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程と、前記Ｍｇがイオン注入され、かつ前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方が導入された前記窒化物結晶層に熱処理を施して、前記Ｍｇを活性化することによって、前記窒化物結晶層にｐ型領域を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、高濃度のｐ型領域を実現することが可能な窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に本開示の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0010】
以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、後述のＧａＮ基板１０の表面１０ａに平行な方向である。また、Ｚ軸方向は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａと垂直に交わる方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
【0011】
以下の説明では、Ｚ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、領域、層、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
【0012】
以下の説明では、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型の場合について例示的に説明する。しかし、導電型を逆の関係に選択して、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としても構わない。またｐやｎに付す＋や－は、＋及び－が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。但し、同じｐとｐ（または、ｎとｎ）とが付された半導体領域であっても、それぞれの半導体領域の不純物濃度が厳密に同じであることを意味するものではない。
【0013】
＜実施形態１＞
（構成例）
図１は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ（窒化ガリウム）半導体装置１００（本開示の「窒化物半導体装置」の一例）の構成例を示す平面図である。図２は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００の構成例を示す断面図である。図２は、図１の平面図をＡ－Ａ´線で切断した断面を示している。図３は、図２の断面図を拡大した図であり、１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ１を示す図である。
（構成例）
図１は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ（窒化ガリウム）半導体装置１００（本開示の「窒化物半導体装置」の一例）の構成例を示す平面図である。図２は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００の構成例を示す断面図である。図２は、図１の平面図をＡ－Ａ´線で切断した断面を示している。図３は、図２の断面図を拡大した図であり、１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ１を示す図である。
【0014】
図１及び図２に示すＧａＮ半導体装置１００は、パワーデバイスである。図１及び図２に示すように、ＧａＮ半導体装置１００は、表面１０ａ及び裏面１０ｂを有するＧａＮ基板１０と、ＧａＮ基板１０に設けられた複数の縦型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１とを備える。
縦型ＭＯＳＦＥＴ１は、本開示の「電界効果トランジスタ」の一例である。例えば、複数の縦型ＭＯＳＦＥＴ１は、一方向（例えば、Ｘ軸方向）に繰り返し設けられている。１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ１が繰り返しの単位構造であり、この単位構造が一方向に並んで配置されている。
縦型ＭＯＳＦＥＴ１は、本開示の「電界効果トランジスタ」の一例である。例えば、複数の縦型ＭＯＳＦＥＴ１は、一方向（例えば、Ｘ軸方向）に繰り返し設けられている。１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ１が繰り返しの単位構造であり、この単位構造が一方向に並んで配置されている。
【0015】
図１から図３に示すように、ＧａＮ基板１０は、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１（本開示の「窒化物結晶基板」の一例）と、ＧａＮ単結晶基板１１上に設けられたｎ－型のＧａＮ層１２（本開示の「窒化物結晶層」の一例）と、を有する。
ＧａＮ単結晶基板１１は、例えばｎ＋型のｃ面ＧａＮ単結晶基板である。ＧａＮ単結晶基板１１に含まれるｎ型不純物は、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）及びＧｅ（ゲルマニウム）のうちの一種類以上である。一例を挙げると、ＧａＮ単結晶基板１１はｎ型不純物としてＳｉを含み、ＧａＮ単結晶基板１１におけるＳｉの不純物濃度は５×１０１７ｃｍ－３以上である。
ＧａＮ単結晶基板１１は、例えばｎ＋型のｃ面ＧａＮ単結晶基板である。ＧａＮ単結晶基板１１に含まれるｎ型不純物は、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）及びＧｅ（ゲルマニウム）のうちの一種類以上である。一例を挙げると、ＧａＮ単結晶基板１１はｎ型不純物としてＳｉを含み、ＧａＮ単結晶基板１１におけるＳｉの不純物濃度は５×１０１７ｃｍ－３以上である。
【0016】
ＧａＮ単結晶基板１１は、転位密度が１×１０７ｃｍ－２未満の低転位自立基板であってもよい。ＧａＮ単結晶基板１１が低転位自立基板であることにより、ＧａＮ単結晶基板１１上に形成されるＧａＮ層１２の転位密度も低くなる。また、低転位自立基板を用いることで、ＧａＮ基板１０に大面積のパワーデバイスが形成される場合でも、パワーデバイスにおけるリーク電流を少なくすることができる。これにより、製造装置は、パワーデバイスを高い良品率で製造することができる。また、熱処理において、イオン注入された不純物が転位に沿って深く拡散することを防ぐことができる。
【0017】
ＧａＮ層１２は、ＧａＮ単結晶基板１１の一方の面上にエピタキシャル成長された単結晶ＧａＮ層である。ＧａＮ層１２は、エピタキシャル成長の過程でｎ型不純物がドープされることにより形成される。ｎ型不純物は、例えばＳｉである。ＧａＮ層１２は、ｎ型不純物として例えばＳｉを１×１０１５ｃｍ－３以上５×１０１６ｃｍ－３以下の濃度で含む。
【0018】
縦型ＭＯＳＦＥＴ１は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ（すなわち、ｎ－型のＧａＮ層１２の表面）側に設けられたｐ－型のウェル領域１３、ｐ＋型のコンタクト領域１５とを有する。また、縦型ＭＯＳＦＥＴ１は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に設けられたゲート絶縁膜２１と、ゲート絶縁膜２１上に設けられたゲート電極２２と、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に設けられてソース領域２３及びコンタクト領域１５と接するソース電極２５と、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側に設けられてｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１と接するドレイン電極２６とを備える。
ＧａＮ基板１０の表面１０ａ（すなわち、ｎ－型のＧａＮ層１２の表面）側には、Ｐ－型のウェル領域１３と、ｎ＋型のソース領域２３と、ｐ＋型のコンタクト領域１５（本開示の「ｐ型領域」の一例）とが設けられている。以下、ｐ－型のウェル領域１３を、ｐ型のＧａＮ層ともいう。
ＧａＮ基板１０の表面１０ａ（すなわち、ｎ－型のＧａＮ層１２の表面）側には、Ｐ－型のウェル領域１３と、ｎ＋型のソース領域２３と、ｐ＋型のコンタクト領域１５（本開示の「ｐ型領域」の一例）とが設けられている。以下、ｐ－型のウェル領域１３を、ｐ型のＧａＮ層ともいう。
【0019】
ウェル領域１３は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＭｇ等のｐ型不純物がイオン注入され、熱処理によりｐ型不純物が活性化されて形成されたｐ型層である。ウェル領域１３は、ｐ型不純物として例えばＭｇを１×１０１７ｃｍ－３以上３×１０１８ｃｍ－３以下の濃度で含む。ウェル領域１３は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａに面している。ウェル領域１３の表面は、ゲート絶縁膜２１と接している。ゲート絶縁膜２１と接しているウェル領域１３の表面及びその近傍に、縦型ＭＯＳＦＥＴ１のチャネルが形成される。
【0020】
ソース領域２３は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＳｉ又はＯ等のｎ型不純物がイオン注入され、熱処理によりｎ型不純物が活性化されて形成されたｎ＋型層である。ソース領域２３は、ｎ型不純物として例えばＳｉを１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２０ｃｍ－３以下の濃度で含む。ソース領域２３は、ゲート電極２２の両側下のウェル領域１３に設けられており、ＧａＮ基板１０の表面１０ａに面している。ソース領域２３は、ウェル領域１３の内側に位置し、ウェル領域１３と接している。
【0021】
コンタクト領域１５は、例えば、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＭｇ等のｐ型不純物がイオン注入され、熱処理によりｐ型不純物が活性化されて形成されたｐ＋型層である。コンタクト領域１５は、ｐ型不純物としてＭｇを３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは１×１０１９ｃｍ－３以上２×１０２０ｃｍ－３以下の濃度で含む。
【0022】
また、コンタクト領域１５は、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和するために、１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは５×１０１８ｃｍ－３以上４×１０２０ｃｍ－３以下の濃度で含む。１３族元素は、例えばＢ及びＡｌの少なくとも一方である。アクセプタ元素は、例えばＬｉ及びＢｅの少なくとも一方である。
一例を挙げると、コンタクト領域１５は、上記の１３族元素として、Ａｌを３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは５×１０１８ｃｍ－３以上４×１０２０ｃｍ－３以下の濃度で含む。
一例を挙げると、コンタクト領域１５は、上記の１３族元素として、Ａｌを３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは５×１０１８ｃｍ－３以上４×１０２０ｃｍ－３以下の濃度で含む。
【0023】
上述したように、ＧａＮ層１２は、ＧａＮ単結晶基板１１の一方の面上にエピタキシャル成長された単結晶ＧａＮ層である。ウェル領域１３及びコンタクト領域１５は、この単結晶ＧａＮ層に設けられている。これにより、コンタクト領域１５の格子定数であって、Ｘ軸方向（本開示の「第１方向」の一例）の格子定数と、Ｙ軸方向（本開示の「第２方向」の一例）の格子定数は、ＧａＮ単結晶基板１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の各格子定数とそれぞれ等しくなっている。
【0024】
コンタクト領域１５は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａに面している。コンタクト領域１５は、ウェル領域１３の内側に位置し、ウェル領域１３と接している。また、コンタクト領域１５はソース領域２３とも接している。
コンタクト領域１５を介して、ウェル領域１３はソース電極２５に接続している。これにより、ウェル領域１３の電位は、ソース電極２５の電位（例えば、接地電位（ＧＮＤ）等の基準電位）に固定される。
コンタクト領域１５を介して、ウェル領域１３はソース電極２５に接続している。これにより、ウェル領域１３の電位は、ソース電極２５の電位（例えば、接地電位（ＧＮＤ）等の基準電位）に固定される。
【0025】
ゲート絶縁膜２１は、例えばＳｉＯ２膜である。また、ゲート絶縁膜２１は、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＳｉＯ膜、ＡｌＯＮ膜のいずれか１つを含む単層膜であってもよいし、ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＳｉＯ膜、ＡｌＯＮ膜のいずれか１つ以上を含む積層膜であってもよい。ゲート絶縁膜２１の厚さは、例えば５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、一例を挙げると１００ｎｍである。
【0026】
ゲート電極２２は、ゲート絶縁膜２１を介してチャネルが形成される領域（以下、チャネル領域）と隣り合っている。ゲート電極２２は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗなどの金属又は不純物をドープしたポリシリコンで構成されている。また、ゲート電極２２は、ＷＳｉ、ＮｉＳｉなどのシリサイドで構成されていてもよい。
ソース電極２５は、ｎ＋型層であるソース領域２３とｐ＋型層であるコンタクト領域１５とにそれぞれオーミック接続している。ドレイン電極２６は、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１の他方の面（すなわち、ＧａＮ層１２と接する面の反対側の面）にオーミック接続している。
ソース電極２５は、ｎ＋型層であるソース領域２３とｐ＋型層であるコンタクト領域１５とにそれぞれオーミック接続している。ドレイン電極２６は、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１の他方の面（すなわち、ＧａＮ層１２と接する面の反対側の面）にオーミック接続している。
【0027】
ソース電極２５及びドレイン電極２６は、Ａｌ又はＡｌ－Ｓｉの合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｎｉ－Ａｕ合金などで構成されている。また、ソース電極２５は、ソース領域２３との間にバリアメタル層を有してもよい。ドレイン電極２６は、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１との間にバリアメタル層を有してもよい。バリアメタル層はＴｉ（チタン）で構成されていてもよい。
【0028】
すなわち、ソース電極２５及びドレイン電極２６は、Ｔｉ層及びＡｌ層の積層、又は、Ｔｉ層及びＡｌ－Ｓｉの合金層の積層であってもよい。ソース電極２５は、図示しないソースパッドを兼ねた電極であってもよいし、ソースパッドとは別に設けられた電極であってもよい。ドレイン電極２６は、図示しないドレインパッドを兼ねた電極であってもよいし、ドレインパッドとは別に設けられた電極であってもよい。
【0029】
（圧縮応力場の形成）
図４は、ＭｇをドープしたＧａＮ結晶の原子の結合状態を示すモデル図である。本開示者は、第一原理計算でＧａＮ結晶中のＭｇの構造最適化を行った。その結果、ＧａＮ結晶の格子定数を固定した場合、ＭｇはＧａよりも原子半径が大きいため、結晶内に圧縮応力場が形成されることがわかった。
図４は、ＭｇをドープしたＧａＮ結晶の原子の結合状態を示すモデル図である。本開示者は、第一原理計算でＧａＮ結晶中のＭｇの構造最適化を行った。その結果、ＧａＮ結晶の格子定数を固定した場合、ＭｇはＧａよりも原子半径が大きいため、結晶内に圧縮応力場が形成されることがわかった。
【0030】
より具体的に説明する。図４において、ｄ１は、構造最適化後のＧａ原子とＮ原子のｃ軸方向における中心間距離を示す。ｄ２は、構造最適化後のＭｇ原子とＮ原子のｃ軸方向における中心間距離を示す。Ｇａ－Ｎの中心間距離ｄ１は１．９７４Åであり、Ｍｇ－Ｎの中心間距離ｄ２は２．０５７Åである。ｄ２はｄ１よりも４．２％大きい。Ｍｇ原子はＧａ原子よりも原子半径が大きいため、Ｎ原子との中心間距離が大きい。本開示者が行った第一原理計算では、図４に示すＭｇを含むＧａＮ結晶の内部圧力は０．４０６ＧＰａであった。結晶内部の圧力がプラス値であるため、結晶内部に圧縮応力場が形成されていることがわかった。
【0031】
（圧縮応力場の緩和）
本開示者は、圧縮応力場が形成される結晶内のＧａサイトに、Ｍｇ以外の別の原子を置換することで、この圧縮応力場をＭｇがない状態（無欠陥結晶）、もしくはＭｇの現状の固溶限界と考えられる３ｅ１８ｃｍ－３のＭｇを含む状態まで緩和できるのではないかと考えた。圧縮応力場を緩和することができれば、Ｍｇを高濃度に含むＧａＮ結晶でも、歪みによる固溶限界を緩和し、Ｇａサイトにより多くのＭｇを導入できるのではないか、と考えた。
本開示者は、圧縮応力場が形成される結晶内のＧａサイトに、Ｍｇ以外の別の原子を置換することで、この圧縮応力場をＭｇがない状態（無欠陥結晶）、もしくはＭｇの現状の固溶限界と考えられる３ｅ１８ｃｍ－３のＭｇを含む状態まで緩和できるのではないかと考えた。圧縮応力場を緩和することができれば、Ｍｇを高濃度に含むＧａＮ結晶でも、歪みによる固溶限界を緩和し、Ｇａサイトにより多くのＭｇを導入できるのではないか、と考えた。
【0032】
そこで、本開示者は、ＧａＮ結晶にドーパントとして用いられるいくつかの元素について、Ｍｇと同様の計算を行い、ＧａＮ結晶の内部圧力を図５のようにプロットした。図５は、ＧａＮ結晶のＧａサイトをホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、又は、ベリリウム（Ｂｅ）で置換した場合のＧａＮ結晶の内部圧力を、第一原理計算で計算した結果を示すグラフである。図５は、ＧａＮ格子定数を固定したときの結晶内部の圧力（ＧＰａ）を示している。なお、図５では、比較のため、ＧａサイトをＭｇで置換した場合の内部圧力も示している。
【0033】
図５に示すように、Ｂ、Ａｌ、Ｌｉ又はＢｅをＧａＮ結晶にドープすると、結晶内に引張応力場が形成されることがわかった。この結果から、ＧａＮ結晶中にＭｇとともに、Ｂ、Ａｌ、Ｌｉ又はＢｅを加えることで、Ｍｇにより形成される圧縮応力場を、Ｂ、Ａｌ、Ｌｉ又はＢｅにより形成される引張応力場で相殺できることがわかった。Ｂ、Ａｌは１３族元素であり、Ｌｉ、Ｂｅはアクセプタ元素である。これらの元素は、ｎ型ドーパントにならないため、Ｍｇと共にドープしてもＭｇによる高濃度のｐ型伝導（すなわち、ｐ＋型層の形成）を阻害しない。
【0034】
図６は、ＧａＮ結晶のＧａサイトをＡｌ及びＢｅの少なくとも一方とＭｇとで置換した場合のＧａＮ結晶の内部圧力を、第一原理計算で計算した結果を示すグラフである。図６は、ＧａＮ格子定数を固定したときの結晶内部の圧力（ＧＰａ）を示している。なお、図６では、比較のため、ＧａサイトをＭｇのみで置換した場合の内部圧力も示している。
【0035】
また、図６の横軸の項目である「Ａｌ＋Ｍｇ置換（Ｇａ）」は、ＡｌとＭｇを１：１の割合で、Ｇａサイトを置換するとともに、置換後のＡｌとＭｇとが互いに離れている場合を意味する。「Ａｌ＋Ｍｇ（隣接）置換（Ｇａ）」は、ＡｌとＭｇの原子数比が１：１とし、これらの原子（元素）でＧａサイトを置換するとともに、置換後のＡｌとＭｇとが互いに隣接している場合を意味する。「Ａｌ＋３Ｍｇ＋Ｂｅ置換（Ｇａ）」は、ＡｌとＭｇとＢｅの原子数比を１：３：１とし、これらの原子（元素）でＧａサイトを置換するとともに、置換後のＡｌとＭｇとＢｅとが互いに離れている場合を意味する。これ以外の項目も同様である。
【0036】
図６に示すように、Ｍｇと共に、Ａｌ及びＢｅの少なくとも一方を導入することで、Ｍｇだけを導入した場合と比べて、内部圧力を大きく低減することができ、ゼロ（＝無欠陥の結晶）に近づけることができる、ということがわかった。図６に示す第一原理計算では、Ｍｇに対して１：１になるようにＡｌを導入することで、ＭｇとＡｌとが互いに隣接する場合も、そうでない場合も、Ｍｇによる圧縮応力場をゼロ（０）ＧＰａに近い値にすることができる、ということがわかった。
【0037】
図６に示す第一原理計算では、Ｍｇに対して１：１になるようなＡｌの供給では、圧縮応力場がわずかに残る。しかし、Ｍｇに対して１：２までＡｌの供給を増やすと、圧縮応力場が完全になくなり、むしろＡｌが誘起する引張応力場が優勢になる、ということもわかった。
また、本開示者が第一原理計算の結果によれば、ＧａＮ結晶中のＭｇ濃度が高いほど内部圧力は高くなり、Ｍｇ濃度が低いほど内部圧力は低くなることがわかった。Ｍｇ濃度が例えば３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の範囲内では、全てのＭｇ濃度において、Ａｌを導入することで内部圧力が低減されることがわかった。
また、本開示者が第一原理計算の結果によれば、ＧａＮ結晶中のＭｇ濃度が高いほど内部圧力は高くなり、Ｍｇ濃度が低いほど内部圧力は低くなることがわかった。Ｍｇ濃度が例えば３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の範囲内では、全てのＭｇ濃度において、Ａｌを導入することで内部圧力が低減されることがわかった。
【0038】
また、本開示者は、Ｇａ以外の１３族元素をカチオンにもつウルツ鉱型窒化物結晶についても、結晶中のＭｇが誘起する応力場を第一原理計算で計算した。その結果、ウルツ鉱型窒化物結晶の一種であって、カチオン－窒素間の距離が短いＡｌＮ結晶では、Ｍｇ置換を行うことでより大きな圧縮応力場が誘起されることがわかった。このため、ＧａＮ結晶だけでなく、ＡｌＮ結晶においても、本技術による応力緩和（ＡｌＮ結晶の場合は、Ｂ及びＢｅの少なくとも一方による置換）が有効であると期待される。他の混晶系についても、Ｍｇ置換で圧縮応力場が誘起される場合は、本技術による応力緩和が有効であると期待される。
【0039】
（製造方法）
次に、図１から図３に示したＧａＮ半導体装置１００の製造方法を説明する。ここでは、４通りの製造方法を説明する。製造方法例１から４のいずれを用いた場合でも、ＧａＮ半導体装置１００を製造することが可能である。
次に、図１から図３に示したＧａＮ半導体装置１００の製造方法を説明する。ここでは、４通りの製造方法を説明する。製造方法例１から４のいずれを用いた場合でも、ＧａＮ半導体装置１００を製造することが可能である。
【0040】
（１）製造方法例１
図７及び図８は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００の製造方法例１を工程順に示す断面図である。なお、図７及び図８は、Ｘ軸方向に繰り返し配置される複数の縦型ＭＯＳＦＥＴ１のうちの、１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ１について、その製造方法を工程順に示している。また、ＧａＮ半導体装置１００は、成膜装置、露光装置、エッチング装置、イオン注入装置、熱処理装置など、各種の装置によって製造される。以下、これらの装置を、製造装置と総称する。
図７及び図８は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００の製造方法例１を工程順に示す断面図である。なお、図７及び図８は、Ｘ軸方向に繰り返し配置される複数の縦型ＭＯＳＦＥＴ１のうちの、１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ１について、その製造方法を工程順に示している。また、ＧａＮ半導体装置１００は、成膜装置、露光装置、エッチング装置、イオン注入装置、熱処理装置など、各種の装置によって製造される。以下、これらの装置を、製造装置と総称する。
【0041】
図７のステップＳＴ１に示すように、製造装置は、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１の一方の面上に、ｎ－型のＧａＮ層１２をエピタキシャル成長させる。
次に、図７のステップＳＴ２に示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０において、ｐ－型のウェル領域１３（図３参照）が形成される予定領域（以下、ウェル形成領域）１３´に、アクセプタ元素としてＭｇをイオン注入する。このイオン注入をＭｇ（ｐ－）イオン注入ともいう。例えば、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上にマスク（図示せず）を形成する。マスクは、ＧａＮ基板１０に対して選択的に除去可能なＳｉＯ２膜又はフォトレジストである。マスクは、ウェル形成領域１３´の上方を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。製造装置は、マスクが形成されたＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＭｇをイオン注入する。ここでは、ウェル形成領域１３´におけるＭｇ濃度が１×１０１８ｃｍ－３となるようにＭｇをイオン注入する。イオン注入後、製造装置は、ＧａＮ基板１０上からマスクを除去する。
次に、図７のステップＳＴ２に示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０において、ｐ－型のウェル領域１３（図３参照）が形成される予定領域（以下、ウェル形成領域）１３´に、アクセプタ元素としてＭｇをイオン注入する。このイオン注入をＭｇ（ｐ－）イオン注入ともいう。例えば、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上にマスク（図示せず）を形成する。マスクは、ＧａＮ基板１０に対して選択的に除去可能なＳｉＯ２膜又はフォトレジストである。マスクは、ウェル形成領域１３´の上方を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。製造装置は、マスクが形成されたＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＭｇをイオン注入する。ここでは、ウェル形成領域１３´におけるＭｇ濃度が１×１０１８ｃｍ－３となるようにＭｇをイオン注入する。イオン注入後、製造装置は、ＧａＮ基板１０上からマスクを除去する。
【0042】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０において、ｎ＋型のソース領域２３（図３参照）が形成される予定領域（以下、ソース形成領域）２３´に、ドナー元素としてＳｉをイオン注入する。このイオン注入をＳｉ（ｎ＋）イオン注入ともいう。例えば、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上にマスク（図示せず）を形成する。マスクは、ソース形成領域２３´の上方を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。製造装置は、マスクが形成されたＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＳｉをイオン注入する。ここでは、ソース形成領域２３´におけるＳｉ濃度が例えば１×１０１９ｃｍ－３となるようにＳｉをイオン注入する。イオン注入後、製造装置は、ＧａＮ基板１０上からマスクを除去する。
【0043】
次に、図７のステップＳＴ３に示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０において、ｐ＋型のコンタクト領域１５（図３参照）が形成される予定領域（以下、コンタクト形成領域）１５´に、本開示の「１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方」の一例として、Ａｌをイオン注入する。このイオン注入をＡｌイオン注入ともいう。例えば、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上にマスク（図示せず）を形成する。マスクは、コンタクト形成領域１５´の上方を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。製造装置は、マスクが形成されたＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＡｌをイオン注入する。ここでは、コンタクト形成領域１５´におけるＡｌ濃度が３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下（一例として、１．５×１０１９ｃｍ－３）となるようにＡｌをイオン注入する。
【0044】
次に、図８のステップＳＴ４に示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０のコンタクト形成領域１５´にＭｇをイオン注入する。このイオン注入をＭｇ（ｐ＋）イオン注入ともいう。例えば、製造装置は、Ａｌイオン注入で使用したマスクをそのまま用いて、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＭｇをイオン注入する。ここでは、コンタクト形成領域１５´におけるＭｇ濃度が３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下（一例として、１×１０１９ｃｍ－３）となるようにＭｇをイオン注入する。
【0045】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０のコンタクト形成領域１５´に窒素（Ｎ）をイオン注入する。このイオン注入をＮイオン注入ともいう。例えば、製造装置は、Ａｌイオン注入及びｐ＋イオン注入で使用したマスクをそのまま用いて、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＮをイオン注入する。ここでは、コンタクト形成領域１５´におけるＮ濃度が例えば１×１０１９ｃｍ－３となるようにＮをイオン注入する。イオン注入後、製造装置は、ＧａＮ基板１０上からマスクを除去する。
なお、Ｎイオン注入は、次に説明する熱処理で窒素空孔が生成されることを抑制するためにイオン注入する。しかしながら、本開示の実施形態１において、Ｎイオン注入は省いてもよい。Ｎイオン注入を行わない場合でも、ｐ＋型のコンタクト領域１５（図３参照）を形成することができる。
なお、Ｎイオン注入は、次に説明する熱処理で窒素空孔が生成されることを抑制するためにイオン注入する。しかしながら、本開示の実施形態１において、Ｎイオン注入は省いてもよい。Ｎイオン注入を行わない場合でも、ｐ＋型のコンタクト領域１５（図３参照）を形成することができる。
【0046】
また、図７のステップＳＴ１から図８のステップＳＴ４では、各種のイオン注入を、Ｍｇ（ｐ－）イオン注入、Ｓｉ（ｎ＋）イオン注入、Ａｌイオン注入、Ｍｇ（ｐ＋）イオン注入、Ｎイオン注入の順で行うことを説明した。しかしながら、本開示の実施形態において、イオン注入を行う順番はこれに限定されない。Ｍｇ（ｐ－）イオン注入、Ｓｉ（ｎ＋）イオン注入、Ａｌイオン注入、Ｍｇ（ｐ＋）イオン注入及びＮイオン注入は、任意の順番で行ってよい。任意の順番で行った場合でも、図１から図３に示したＧａＮ半導体装置１００を製造することができる。
【0047】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上に保護膜１４を形成する。保護膜１４は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜である。これにより、ＧａＮ基板１０のコンタクト形成領域１５´等は保護膜１４で覆われる。なお、本開示の実施形態１において、保護膜１４の形成は必須ではなく、省いてもよい。
【0048】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０に、最大温度が１３００℃以上２０００℃以下の熱処理を施す。この熱処理は、例えば急速加熱処理である。また、この熱処理は、例えば５００ＭＰａなどの、高圧Ｎ２雰囲気下で行ってもよい。この熱処理により、ＧａＮ基板１０にイオン注入されたＭｇ及びＳｉが活性化される。その結果、図８のステップＳＴ５に示すように、ＧａＮ基板１０に、ｐ－型のウェル領域１３と、ｎ＋型のソース領域２３と、ｐ＋型のコンタクト領域１５とが形成される。
また、この熱処理により、ＧａＮ基板１０において、各種のイオン注入により生じた欠陥をある程度回復することができる。熱処理後、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上から保護膜１４を除去する。
また、この熱処理により、ＧａＮ基板１０において、各種のイオン注入により生じた欠陥をある程度回復することができる。熱処理後、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上から保護膜１４を除去する。
【0049】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上にゲート絶縁膜２１（図３参照）を形成する。次に、製造装置は、ゲート電極２２（図３参照）とソース電極２５（図３参照）とを形成する。次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側にドレイン電極２６（図３参照）を形成する。このような工程を経て、縦型ＭＯＳＦＥＴ１を備えるＧａＮ半導体装置１００が完成する。
【0050】
（２）製造方法例２
上記の製造方法例１では、ＧａＮ層１２へのＡｌドープをイオン注入で行う場合を説明した。しかしながら、本開示の実施形態１において、Ａｌドープはイオン注入に限定されない。Ａｌドープは、以下で説明するように、Ａｌドープ層３１をＧａＮ層１２上にエピタキシャル成長させることで行ってもよい。
上記の製造方法例１では、ＧａＮ層１２へのＡｌドープをイオン注入で行う場合を説明した。しかしながら、本開示の実施形態１において、Ａｌドープはイオン注入に限定されない。Ａｌドープは、以下で説明するように、Ａｌドープ層３１をＧａＮ層１２上にエピタキシャル成長させることで行ってもよい。
【0051】
図９及び図１０は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００の製造方法例２を工程順に示す断面図である。図９のステップＳＴ１１に示すように、製造装置は、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１の一方の面上に、ｎ－型のＧａＮ層１２と、Ａｌドープ層３１とをこの順でエピタキシャル成長させる。Ａｌドープ層３１は、Ａｌを含む単結晶のＧａＮ層である。例えば、Ａｌドープ層３１は、Ａｌを１．５×１０１９ｃｍ－３の濃度で含む。Ａｌドープ層３１の厚さは、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。この例では、ＧａＮ層１２及びＡｌドープ層３１が、本開示の「窒化物結晶層」の一例となる。
【0052】
次に、図９のステップＳＴ１２に示すように、製造装置は、Ａｌドープ層３１を含むＧａＮ基板１０のウェル形成領域１３´に、アクセプタ元素としてＭｇをイオン注入する。製造方法例１と同様に、このＭｇ（ｐ－）イオン注入はマスク（図示せず）を用いて行う。ここでは、製造方法例１と同様に、ウェル形成領域１３´におけるＭｇ濃度が例えば１×１０１８ｃｍ－３となるようにＭｇをイオン注入する。
【0053】
次に、図９のステップＳＴ１３に示すように、製造装置は、Ａｌドープ層３１を含むＧａＮ基板１０のソース形成領域２３´に、ドナー元素としてＳｉをイオン注入する。製造方法例１と同様に、このＳｉ（ｎ＋）イオン注入はマスク（図示せず）を用いて行う。ここでは、製造方法例１と同様に、ソース形成領域２３´におけるＳｉ濃度が例えば１×１０１９ｃｍ－３となるようにＳｉをイオン注入する。
【0054】
次に、図１０のステップＳＴ１４に示すように、製造装置は、Ａｌドープ層３１を含むＧａＮ基板１０のコンタクト形成領域１５´に、Ｍｇをイオン注入する。製造方法例１と同様に、このＭｇ（ｐ＋）イオン注入はマスク（図示せず）を用いて行う。ここでは、製造方法例１と同様に、コンタクト形成領域１５´におけるＭｇ濃度が例えば１×１０１９ｃｍ－３となるようにＭｇをイオン注入する。また、ＧａＮ基板１０の表面１０ａからのＭｇ注入ピーク深さが、Ａｌドープ層３１の厚さよりも浅くなるように、Ｍｇ（ｐ＋）イオン注入の注入エネルギーを設定する。すなわち、Ａｌドープ層３１内にＭｇ注入ピーク深さが位置するように、Ｍｇ（ｐ＋）イオン注入の注入エネルギーを設定する。
【0055】
これにより、Ａｌドープ層３１の一部がコンタクト形成領域１５´となる。コンタクト形成領域１５´は、Ａｌを１．５×１０１９ｃｍ－３の濃度で含むとともに、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ－３の濃度で含む。
なお、製造方法例１と同様に、製造装置は、Ｍｇ等を活性化するための熱処理を行う前に、ＧａＮ基板１０に窒素（Ｎ）をイオン注入したり、保護膜を形成したりしてもよい。Ｎの注入及び保護膜の形成は、任意である。また、製造方法例１と同様に、Ｍｇ（ｐ－）イオン注入、Ｓｉ（ｎ＋）イオン注入、Ｍｇ（ｐ＋）イオン注入及びＮイオン注入は、任意の順番で行ってよい。
なお、製造方法例１と同様に、製造装置は、Ｍｇ等を活性化するための熱処理を行う前に、ＧａＮ基板１０に窒素（Ｎ）をイオン注入したり、保護膜を形成したりしてもよい。Ｎの注入及び保護膜の形成は、任意である。また、製造方法例１と同様に、Ｍｇ（ｐ－）イオン注入、Ｓｉ（ｎ＋）イオン注入、Ｍｇ（ｐ＋）イオン注入及びＮイオン注入は、任意の順番で行ってよい。
【0056】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０に、最大温度が１３００℃以上２０００℃以下の熱処理を施す。この熱処理は、例えば急速加熱処理である。また、この熱処理は、例えば５００ＭＰａなどの、高圧Ｎ２雰囲気下で行ってもよい。この熱処理により、ＧａＮ基板１０にイオン注入されたＭｇ及びＳｉが活性化される。その結果、図１０のステップＳＴ１５に示すように、ＧａＮ基板１０に、ｐ－型のウェル領域１３と、ｎ＋型のソース領域２３と、ｐ＋型のコンタクト領域１５とが形成される。
【0057】
また、この熱処理により、ＧａＮ基板１０において、各種のイオン注入により生じた欠陥をある程度回復することができる。さらに、製造方法例２では、Ａｌドープ層３１内にコンタクト形成領域１５´が形成されるため、Ａｌをイオン注入する必要はなく、Ａｌイオン注入による結晶欠陥も無い。これにより、製造方法例１と比べて、イオン注入に起因する結晶欠陥をさらに低減できる可能性がある。
【0058】
なお、Ａｌドープ層３１の厚さは２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。この厚さは、一般的なＡｌＧａＮに比べて薄い。また、Ａｌドープ層３１に含まれるＡｌ濃度は、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下であり、例えば１．５×１０１９ｃｍ－３である。Ａｌドープ層３１は薄く、Ａｌ濃度も上記の範囲内であれば、Ａｌドープ層３１をＧａＮ層１２上に配置した場合でも、ＧａＮの格子定数の変化を最小限に抑えることができる。また、自発分極などによる伝導特性の制御性低下も十分に抑制可能である。
これ以降の工程は、製造方法例１と同じである。製造装置は、図３に示したゲート絶縁膜２１、ゲート電極２２、ソース電極２５及びドレイン電極２６を形成する。このような工程を経て、縦型ＭＯＳＦＥＴ１を備えるＧａＮ半導体装置１００が完成する。
これ以降の工程は、製造方法例１と同じである。製造装置は、図３に示したゲート絶縁膜２１、ゲート電極２２、ソース電極２５及びドレイン電極２６を形成する。このような工程を経て、縦型ＭＯＳＦＥＴ１を備えるＧａＮ半導体装置１００が完成する。
【0059】
（３）製造方法例３
Ａｌドープは、イオン注入やエピタキシャル成長に限定されない。Ａｌドープは、Ａｌを含む膜からＧａＮ層１２への熱拡散で行ってもよい。また、この膜は、Ａｌだけでなく、Ｍｇを含むＭｇＡｌ混合物であってもよい。ＭｇＡｌ混合物からＧａＮ層１２へＡｌ及びＭｇを熱拡散させることで、ｐ＋型のコンタクト領域１５を形成してもよい。
Ａｌドープは、イオン注入やエピタキシャル成長に限定されない。Ａｌドープは、Ａｌを含む膜からＧａＮ層１２への熱拡散で行ってもよい。また、この膜は、Ａｌだけでなく、Ｍｇを含むＭｇＡｌ混合物であってもよい。ＭｇＡｌ混合物からＧａＮ層１２へＡｌ及びＭｇを熱拡散させることで、ｐ＋型のコンタクト領域１５を形成してもよい。
【0060】
図１１及び図１２は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００の製造方法例３を工程順に示す断面図である。図１１のステップＳＴ２１において、ウェル形成領域１３´及びソース形成領域２３´を形成する工程までは、図７に示したステップＳＴ１、ＳＴ２と同じである。
【0061】
ウェル形成領域１３´及びソース形成領域２３´の形成後、図１１のステップＳＴ２２に示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上に、ＭｇとＡｌとを含むＭｇＡｌ混合物３３（本開示の「第１膜」の一例であり、本開示の「第２膜」の一例でもある）を形成する。ＭｇＡｌ混合物３３は、例えばＡｌ３Ｍｇ２である。Ａｌ３Ｍｇ２の形成は、例えば、スパッタ法、電子線蒸着法、又は、熱蒸着法などで行う。
【0062】
なお、ＭｇＡｌ混合物３３を形成する前に予め、ＧａＮ層１２においてＭｇＡｌ混合物３３が配置される領域（すなわち、コンタクト形成領域１５´）に窒素（Ｎ）をイオン注入しておいてもよい。ここでは、ＭｇＡｌ混合物３３が配置される領域におけるＮ濃度が例えば２×１０１９ｃｍ－３となるようにＮをイオン注入してもよい。
【0063】
次に、図１２のステップＳＴ２３に示すように、製造装置は、ＭｇＡｌ混合物３３及びＧａＮ層１２を含む基板全体に熱処理（本開示の「第１熱処理」の一例であり、本開示の「第２熱処理」の一例でもある）を施して、ＭｇＡｌ混合物３３からＧａＮ層１２へＭｇ及びＡｌを熱拡散させる。このＭｇ及びＡｌを熱拡散するための熱処理は、例えば、Ｎ２雰囲気中で、最大温度が８００℃、最大温度での処理時間が５分の条件で行う。これにより、コンタクト形成領域１５´にＭｇ及びＡｌを導入する。
コンタクト形成領域１５´にＭｇ及びＡｌを導入した後、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上からＭｇＡｌ混合物３３を除去する。
コンタクト形成領域１５´にＭｇ及びＡｌを導入した後、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上からＭｇＡｌ混合物３３を除去する。
【0064】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０に、最大温度が１３００℃以上２０００℃以下の熱処理を施す。この熱処理は、例えば急速加熱処理である。また、この熱処理は、例えば５００ＭＰａなどの、高圧Ｎ２雰囲気下で行ってもよい。この熱処理により、ＧａＮ基板１０に導入されたＭｇ及びＳｉが活性化される。その結果、図１２のステップＳＴ２４に示すように、ＧａＮ基板１０に、ｐ－型のウェル領域１３と、ｎ＋型のソース領域２３と、ｐ＋型のコンタクト領域１５とが形成される。
【0065】
また、この熱処理により、ＧａＮ基板１０において、各種のイオン注入により生じた欠陥をある程度回復することができる。さらに、製造方法例３では、コンタクト形成領域１５´へのＡｌ及びＭｇの導入をイオン注入ではなく、熱拡散で行う。これにより、製造方法例１と比べて、イオン注入に起因する結晶欠陥をさらに低減できる可能性がある。
これ以降の工程は、製造方法例１と同じである。製造装置は、図３に示したゲート絶縁膜２１、ゲート電極２２、ソース電極２５及びドレイン電極２６を形成する。このような工程を経て、縦型ＭＯＳＦＥＴ１を備えるＧａＮ半導体装置１００が完成する。
これ以降の工程は、製造方法例１と同じである。製造装置は、図３に示したゲート絶縁膜２１、ゲート電極２２、ソース電極２５及びドレイン電極２６を形成する。このような工程を経て、縦型ＭＯＳＦＥＴ１を備えるＧａＮ半導体装置１００が完成する。
【0066】
（製造方法例４）
本開示の実施形態１では、製造方法例２と製造方法例３とを組み合わせてもよい。例えば、ＧａＮ層１２へのＡｌ導入は、Ａｌドープ層３１をエピタキシャル成長させることで行ってもよい。ＧａＮ層１２へのＭｇ導入は、Ａｌドープ層３１上にＭｇの供給源となる膜（例えば、Ｍｇ膜）を形成し、この膜からＡｌドープ層３１にＭｇを熱拡散させることで行ってもよい。
本開示の実施形態１では、製造方法例２と製造方法例３とを組み合わせてもよい。例えば、ＧａＮ層１２へのＡｌ導入は、Ａｌドープ層３１をエピタキシャル成長させることで行ってもよい。ＧａＮ層１２へのＭｇ導入は、Ａｌドープ層３１上にＭｇの供給源となる膜（例えば、Ｍｇ膜）を形成し、この膜からＡｌドープ層３１にＭｇを熱拡散させることで行ってもよい。
【0067】
図１３及び図１４は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００の製造方法例４を工程順に示す断面図である。図１３のステップＳＴ３１において、Ａｌドープ層３１を形成する工程と、ウェル形成領域１３´及びソース形成領域２３´を形成する工程までは、図９に示したステップＳＴ１１、ＳＴ１２、ＳＴ１３と同じである。
【0068】
ウェル形成領域１３´及びソース形成領域２３´の形成後、図１３のステップＳＴ３２に示すように、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上に、Ｍｇ膜３５（本開示の「第１膜」の一例）を形成する。Ｍｇ膜３５の形成は、例えば、スパッタ法、電子線蒸着法、又は、熱蒸着法などで行う。
なお、Ｍｇ膜３５を形成する前に予め、ＧａＮ層１２においてＭｇ膜３５が配置される領域（すなわち、コンタクト形成領域１５´）に窒素（Ｎ）をイオン注入しておいてもよい。ここでは、Ｍｇ膜３５が配置される領域におけるＮ濃度が例えば２×１０１９ｃｍ－３となるようにＮをイオン注入してもよい。
なお、Ｍｇ膜３５を形成する前に予め、ＧａＮ層１２においてＭｇ膜３５が配置される領域（すなわち、コンタクト形成領域１５´）に窒素（Ｎ）をイオン注入しておいてもよい。ここでは、Ｍｇ膜３５が配置される領域におけるＮ濃度が例えば２×１０１９ｃｍ－３となるようにＮをイオン注入してもよい。
【0069】
次に、図１４のステップＳＴ３３に示すように、製造装置は、Ｍｇ膜３５及びＧａＮ層１２を含む基板全体に熱処理（本開示の「第１熱処理」の一例）を施して、Ｍｇ膜３５からＧａＮ層１２へＭｇを熱拡散させる。このＭｇを熱拡散するための熱処理は、例えば、Ｎ２雰囲気中で、最大温度が８００℃、最大温度での処理時間が５分の条件で行う。これにより、コンタクト形成領域１５´にＭｇを導入する。
Ａｌを含むコンタクト形成領域１５´にＭｇを導入した後、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上からＭｇ膜３５を除去する。
Ａｌを含むコンタクト形成領域１５´にＭｇを導入した後、製造装置は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上からＭｇ膜３５を除去する。
【0070】
次に、製造装置は、ＧａＮ基板１０に、最大温度が１３００℃以上２０００℃以下の熱処理を施す。この熱処理は、例えば急速加熱処理である。また、この熱処理は、例えば５００ＭＰａなどの、高圧Ｎ２雰囲気下で行ってもよい。この熱処理により、ＧａＮ基板１０に導入されたＭｇ及びＳｉが活性化される。その結果、図１４のステップＳＴ３４に示すように、ＧａＮ基板１０に、ｐ－型のウェル領域１３と、ｎ＋型のソース領域２３と、ｐ＋型のコンタクト領域１５とが形成される。
【0071】
また、この熱処理により、ＧａＮ基板１０において、各種のイオン注入により生じた欠陥をある程度回復することができる。さらに、製造方法例４では、コンタクト形成領域１５´へのＡｌ及びＭｇの導入をイオン注入ではなく、Ａｌドープ層３１の形成と、Ｍｇの熱拡散とで行う。これにより、製造方法例１と比べて、イオン注入に起因する結晶欠陥をさらに低減できる可能性がある。
これ以降の工程は、製造方法例１と同じである。製造装置は、図３に示したゲート絶縁膜２１、ゲート電極２２、ソース電極２５及びドレイン電極２６を形成する。このような工程を経て、縦型ＭＯＳＦＥＴ１を備えるＧａＮ半導体装置１００が完成する。
これ以降の工程は、製造方法例１と同じである。製造装置は、図３に示したゲート絶縁膜２１、ゲート電極２２、ソース電極２５及びドレイン電極２６を形成する。このような工程を経て、縦型ＭＯＳＦＥＴ１を備えるＧａＮ半導体装置１００が完成する。
【0072】
（実施形態１の効果）
以上説明したように、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００は、ｎ－型のＧａＮ層１２と、ＧａＮ層１２に設けられたｐ＋型のコンタクト領域１５とを有する。コンタクト領域１５は、３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む。
以上説明したように、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置１００は、ｎ－型のＧａＮ層１２と、ＧａＮ層１２に設けられたｐ＋型のコンタクト領域１５とを有する。コンタクト領域１５は、３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む。
【0073】
これによれば、ｐ＋型のコンタクト領域１５において、Ｍｇにより形成される圧縮応力場を、１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方（例えば、Ａｌ）により形成される圧縮応力場で相殺することができる。これにより、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和することができ、Ｍｇの固溶限界を向上させることが可能となる。Ｇａサイトへ入るＭｇ量を増やすことが可能となり、Ｍｇの偏析を抑制することが可能となるため、高濃度のｐ＋型領域（この例では、ｐ＋型のコンタクト領域１５）を実現することが可能である。ｐ＋型のコンタクト領域１５とソース電極２５との間で良好なオーミック接続を実現することができる。
【0074】
（実施形態１の変形例）
上記の実施形態１では、本開示の「ｐ型領域」として、ｐ＋型のコンタクト領域１５を例示した。しかしながら、本開示の「ｐ型領域」はｐ＋型のコンタクト領域に限定されない。本開示の「ｐ型領域」は、例えば耐圧維持用のｐ＋型層であってもよいし、ｐ＋型のコンタクト領域と耐圧維持用のｐ＋型層の両方であってもよい。
上記の実施形態１では、本開示の「ｐ型領域」として、ｐ＋型のコンタクト領域１５を例示した。しかしながら、本開示の「ｐ型領域」はｐ＋型のコンタクト領域に限定されない。本開示の「ｐ型領域」は、例えば耐圧維持用のｐ＋型層であってもよいし、ｐ＋型のコンタクト領域と耐圧維持用のｐ＋型層の両方であってもよい。
【0075】
図１５は、本開示の実施形態１の変形例に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａの構成を示す断面図である。図１５に示すように、縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａにおいて、ＧａＮ基板１０は、ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間に配置されたｐ＋型埋込層１７を有する。この変形例では、ｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７の各々が本開示の「ｐ型領域」の一例となる。
【0076】
ｐ＋型埋込層１７は、例えば、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側にＭｇ等のｐ型不純物がイオン注入され、熱処理によりｐ型不純物が活性化されて形成される。ｐ＋型埋込層１７は、ｐ型不純物としてＭｇを３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含む。ｐ＋型埋込層１７の深さ方向におけるＭｇのピーク濃度は、例えば、５×１０１８ｃｍ－３以上であり、好ましくは８×１０１９ｃｍ－３以上であり、より好ましくは１×１０１９ｃｍ－３以上である。
【0077】
また、ｐ＋型埋込層１７は、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和するために、１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは２×１０１８ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含む。１３族元素は、例えばＢ及びＡｌの少なくとも一方である。アクセプタ元素は、例えばＬｉ及びＢｅの少なくとも一方である。
一例を挙げると、ｐ＋型埋込層１７は、上記の１３族元素として、Ａｌを３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは２×１０１８ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含む。ｐ＋型埋込層１７の厚さは、例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。
一例を挙げると、ｐ＋型埋込層１７は、上記の１３族元素として、Ａｌを３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは２×１０１８ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含む。ｐ＋型埋込層１７の厚さは、例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。
【0078】
ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間にｐ＋型埋込層１７が配置されることにより、ｐ＋型埋込層１７とドリフト領域との間で空乏層が広がり、ｐ＋型埋込層１７とドリフト領域との間で耐圧が向上する。例えば、ｐ＋型埋込層１７は、ゲート電極２２への入力電圧がＬｏｗレベルであるとき（つまり、ゲートオフ時）に、ｐ＋型埋込層１７が無い場合と比較して縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａの耐圧を高めることができる。
実施形態１の変形例に係るＧａＮ半導体装置は、図１５に示す縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａを複数備える。１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａが繰り返しの単位構造である。この変形例に係るＧａＮ半導体装置では、この単位構造が一方向（例えば、Ｘ軸方向）に並んで配置されている。
実施形態１の変形例に係るＧａＮ半導体装置は、図１５に示す縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａを複数備える。１つの縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａが繰り返しの単位構造である。この変形例に係るＧａＮ半導体装置では、この単位構造が一方向（例えば、Ｘ軸方向）に並んで配置されている。
【0079】
以上説明したように、実施形態１の変形例に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａは、ｎ－型のＧａＮ層１２に設けられたｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７とを有する。ｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７はそれぞれ、３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方（例えば、Ａｌ）と、を含む。
【0080】
これによれば、ｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７の各々において、Ｍｇにより形成される圧縮応力場を、Ａｌにより形成される圧縮応力場で相殺することができる。これにより、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和することができ、Ｍｇの固溶限界を向上させることが可能となる。Ｇａサイトへ入るＭｇ量を増やすことが可能となり、Ｍｇの偏析を抑制することが可能となるため、高濃度のｐ型領域（この例では、ｐ＋型のコンタクト領域１５及びｐ＋型埋込層１７）を実現することが可能である。
また、ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間にｐ＋型埋込層１７が配置されることにより、ｐ＋型埋込層１７とドリフト領域との間で空乏層が広がるため、例えばゲートオフ時の耐圧を高めることができる。
また、ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間にｐ＋型埋込層１７が配置されることにより、ｐ＋型埋込層１７とドリフト領域との間で空乏層が広がるため、例えばゲートオフ時の耐圧を高めることができる。
【0081】
＜実施形態２＞
上記の実施形態２では、縦型ＭＯＳＦＥＴ１、１Ａが、プレーナ構造を有する合を示した。しかしながら、本開示の「ｐ型領域」を有する縦型ＭＯＳＦＥＴは、プレーナ構造ではなく、トレンチゲート構造を有しもよい。
上記の実施形態２では、縦型ＭＯＳＦＥＴ１、１Ａが、プレーナ構造を有する合を示した。しかしながら、本開示の「ｐ型領域」を有する縦型ＭＯＳＦＥＴは、プレーナ構造ではなく、トレンチゲート構造を有しもよい。
【0082】
（構成例）
図１６は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂの構成例を示す断面図である。図１６に示すように、実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂは、トレンチゲート構造を有する。具体的には、縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｅは、ＧａＮ基板１０に設けられたトレンチＨを有する。トレンチＨは、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に開口している。トレンチＨはｐ－型のウェル領域１３よりも深く形成されており、トレンチＨの底部はｎ－型のＧａＮ層１２まで達している。
図１６は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂの構成例を示す断面図である。図１６に示すように、実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂは、トレンチゲート構造を有する。具体的には、縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｅは、ＧａＮ基板１０に設けられたトレンチＨを有する。トレンチＨは、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に開口している。トレンチＨはｐ－型のウェル領域１３よりも深く形成されており、トレンチＨの底部はｎ－型のＧａＮ層１２まで達している。
【0083】
トレンチＨの内側には、ゲート絶縁膜２１とゲート電極２２とが配置されている。トレンチＨの内側の側面と底面とをゲート絶縁膜２１が覆っている。また、ゲート電極２２は、ゲート絶縁膜２１を介してトレンチＨに埋め込まれている。縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂでは、ｐ－型のウェル領域１３のうち、トレンチＨの内側の側面に設けられたゲート絶縁膜２１を介してゲート電極２２と向かい合う領域がチャネル領域となる。
【0084】
（実施形態２の効果）
縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂにおいても、ｐ＋型のコンタクト領域１５は、３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方（例えば、Ａｌ）と、を含む。
縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂにおいても、ｐ＋型のコンタクト領域１５は、３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方（例えば、Ａｌ）と、を含む。
【0085】
これによれば、実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１の場合と同様に、ｐ＋型のコンタクト領域１５において、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和することができ、Ｍｇの固溶限界を向上させることが可能となる。Ｇａサイトへ入るＭｇ量を増やすことが可能となり、Ｍｇの偏析を抑制することが可能となるため、高濃度のｐ型領域（この例では、ｐ＋型のコンタクト領域１５）を実現することが可能である。ｐ＋型のコンタクト領域１５とソース電極２５との間で良好なオーミック接続を実現することができる。
また、 縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂは、トレンチゲート構造を有することにより、微細化が可能となる。チャネル密度の向上が図れるため、低オン抵抗化が可能である。
また、 縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂは、トレンチゲート構造を有することにより、微細化が可能となる。チャネル密度の向上が図れるため、低オン抵抗化が可能である。
【0086】
（実施形態２の変形例）
（１）変形例１
図１７は、本開示の実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｃの構成を示す断面図である。図１７に示すように、実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｃは、実施形態１の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａ（図１５参照）と同様に、ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間に配置されたｐ＋型埋込層１７を有する。この変形例１では、ｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７の各々が本開示の「ｐ型領域」の一例となる。
（１）変形例１
図１７は、本開示の実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｃの構成を示す断面図である。図１７に示すように、実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｃは、実施形態１の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａ（図１５参照）と同様に、ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間に配置されたｐ＋型埋込層１７を有する。この変形例１では、ｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７の各々が本開示の「ｐ型領域」の一例となる。
【0087】
図１７に示すｐ＋型埋込層１７の構成は、図１５に示したｐ＋型埋込層１７の構成と同じである。すなわち、ｐ＋型埋込層１７は、ｐ型不純物としてＭｇを３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含む。また、ｐ＋型埋込層１７は、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和するために、１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方（例えば、Ａｌ）を、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは１×１０１８ｃｍ－３以上２×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含む。
【0088】
このような構成であれば、実施形態１の変形例と同様に、ｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７の各々において、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和することができ、Ｍｇの固溶限界を向上させることが可能となる。Ｇａサイトへ入るＭｇ量を増やすことが可能となり、Ｍｇの偏析を抑制することが可能となるため、高濃度のｐ型領域（この例では、ｐ＋型のコンタクト領域１５及びｐ＋型埋込層１７）を実現することが可能である。
【0089】
また、ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間に、ｐ－型のウェル領域１３よりもｐ型不純物濃度が高いｐ＋型埋込層１７が配置される。例えば、ｐ＋型埋込層１７は、チャネル領域から離間して配置され、トレンチＨの底部よりも深い位置まで存在する。これにより、ｐ＋埋込層１７とドリフト領域との間で空乏層が広がり、トレンチ底部への電界集中が緩和されるため、例えばゲートオフ時の耐圧を高めることができる。
【0090】
（２）変形例２
図１８は、本開示の実施形態２の変形例２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｄの構成を示す断面図である。図１８に示すように、実施形態２の変形例２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｄでは、トレンチＨの底部にｐ＋型埋込層１７が配置されている。例えば、ｐ＋型埋込層１７は、トレンチＨの底部よりもＸ軸方向及びＹ軸方向において幅広に形成されている。また、ｐ＋型埋込層１７は、トレンチＨの底面よりも浅い位置（すなわち、表面１０ａに近い位置）から、トレンチＨの底面よりも深い位置（すなわち、裏面１０ｂに近い位置）まで、連続して設けられている。これにより、トレンチＨの底部は、その角部ＨＣも含めて、ｐ＋型埋込層１７で覆われている。
図１８は、本開示の実施形態２の変形例２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｄの構成を示す断面図である。図１８に示すように、実施形態２の変形例２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｄでは、トレンチＨの底部にｐ＋型埋込層１７が配置されている。例えば、ｐ＋型埋込層１７は、トレンチＨの底部よりもＸ軸方向及びＹ軸方向において幅広に形成されている。また、ｐ＋型埋込層１７は、トレンチＨの底面よりも浅い位置（すなわち、表面１０ａに近い位置）から、トレンチＨの底面よりも深い位置（すなわち、裏面１０ｂに近い位置）まで、連続して設けられている。これにより、トレンチＨの底部は、その角部ＨＣも含めて、ｐ＋型埋込層１７で覆われている。
【0091】
このような構成であっても、上記の実施形態２の変形例１と同様に、高濃度のｐ型領域（ｐ＋型のコンタクト領域１５及びｐ＋型埋込層１７）を実現することが可能である。
また、トレンチＨの底部はドレイン電極２６に近く、特に角部ＨＣには電界が集中し易い傾向があるが、トレンチＨの底部に配置されたｐ＋型埋込層１７からドリフト領域側へ空乏層が広がるため、トレンチＨの底部やその角部ＨＣへの電界集中を緩和することができる。これにより、トレンチＨの底部やその角部ＨＣへの電界集中が原因でゲート絶縁膜２１が破壊されることを抑制することができる。
また、トレンチＨの底部はドレイン電極２６に近く、特に角部ＨＣには電界が集中し易い傾向があるが、トレンチＨの底部に配置されたｐ＋型埋込層１７からドリフト領域側へ空乏層が広がるため、トレンチＨの底部やその角部ＨＣへの電界集中を緩和することができる。これにより、トレンチＨの底部やその角部ＨＣへの電界集中が原因でゲート絶縁膜２１が破壊されることを抑制することができる。
【0092】
なお、図１８では、ｐ＋型埋込層１７が、トレンチＨの底部よりも幅広に形成されている態様を示した。しかし、変形例２はこれに限定されない。ｐ＋型埋込層１７は、トレンチＨの底部よりも幅広に形成されていなくてもよい。例えば、ｐ＋型埋込層１７は、トレンチＨの底部と同じ幅で形成されていてもよい。
【0093】
また、図１８では、ｐ＋型埋込層１７が、トレンチＨの底面よりも浅い位置から、トレンチＨの底面よりも深い位置まで形成されている態様を示した。しかし、変形例２はこれに限定されない。ｐ＋型埋込層１７はトレンチＨの底面と接していればよい。例えば、ｐ＋型埋込層１７は、トレンチＨの底面と同じ深さの位置から、トレンチＨの底面よりも深い位置まで形成されていてもよい。
【0094】
＜実施形態３＞
本開示の「ｐ型領域」の適用は、電界効果トランジスタに限定されない。本開示の「ｐ型領域」は、例えばｐｎダイオードに適用してもよい。
図１９は、本開示の実施形態３に係るｐｎダイオード２の構成例を示す断面図である。図１９に示すように、ｐｎダイオード２は、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１及びｎ－型のＧａＮ層１２を有するＧａＮ基板１０と、ＧａＮ基板１０に設けられてｎ－型のＧａＮ層１２と接するｐ－型のウェル領域１３と、ＧａＮ基板１０に設けられてウェル領域１３と接するｐ＋型層１８と、を備える。ｐ＋型層１８は、ｐ－型のウェル領域１３の内側に位置し、ＧａＮ基板１０の表面１０ａに面している。
本開示の「ｐ型領域」の適用は、電界効果トランジスタに限定されない。本開示の「ｐ型領域」は、例えばｐｎダイオードに適用してもよい。
図１９は、本開示の実施形態３に係るｐｎダイオード２の構成例を示す断面図である。図１９に示すように、ｐｎダイオード２は、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１及びｎ－型のＧａＮ層１２を有するＧａＮ基板１０と、ＧａＮ基板１０に設けられてｎ－型のＧａＮ層１２と接するｐ－型のウェル領域１３と、ＧａＮ基板１０に設けられてウェル領域１３と接するｐ＋型層１８と、を備える。ｐ＋型層１８は、ｐ－型のウェル領域１３の内側に位置し、ＧａＮ基板１０の表面１０ａに面している。
【0095】
ｐｎダイオード２において、ｐ＋型層１８及びｐ－型のウェル領域１３はアノード領域であり、ｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１及びｎ－型のＧａＮ層１２はカソード領域である。実施形態３では、ｐ＋型層１８が本開示の「ｐ型領域」の一例となる。
また、ｐｎダイオード２は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に設けられてｐ＋型層１８と接するアノード電極１２５と、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側に設けられてｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１と接するカソード電極１２６と、を備える。アノード電極１２５及びカソード電極１２６は、例えば、ＡｌまたはＡｌ－Ｓｉの合金で構成されている。アノード電極１２５及びカソード電極１２６は、ＧａＮ基板１０との間にバリアメタル層を有してもよい。バリアメタル層の材料としてＴｉを使用してもよい。
また、ｐｎダイオード２は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に設けられてｐ＋型層１８と接するアノード電極１２５と、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側に設けられてｎ＋型のＧａＮ単結晶基板１１と接するカソード電極１２６と、を備える。アノード電極１２５及びカソード電極１２６は、例えば、ＡｌまたはＡｌ－Ｓｉの合金で構成されている。アノード電極１２５及びカソード電極１２６は、ＧａＮ基板１０との間にバリアメタル層を有してもよい。バリアメタル層の材料としてＴｉを使用してもよい。
【0096】
ｐ＋型層１８の構成は、例えば、実施形態１、２で説明したｐ＋型のコンタクト領域１５の構成と同じである。すなわち、ｐ＋型層１８は、ｐ型不純物としてＭｇを３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは１×１０１９ｃｍ－３以上２×１０２０ｃｍ－３以下の濃度で含む。また、ｐ＋型層１８は、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和するために、１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方（例えば、Ａｌ）を、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で含み、より好ましくは５×１０１８ｃｍ－３以上４×１０２０ｃｍ－３以下の濃度で含む。
【0097】
このような構成であれば、ｐｎダイオード２のアノード領域を構成するｐ＋型層１８において、Ｍｇにより形成される圧縮応力場を、Ａｌにより形成される圧縮応力場で相殺することができる。これにより、Ｍｇの周囲に形成される圧縮応力場を緩和することができ、Ｍｇの固溶限界を向上させることが可能となる。Ｇａサイトへ入るＭｇ量を増やすことが可能となり、Ｍｇの偏析を抑制することが可能となるため、高濃度のｐ＋型領域（この例では、ｐ＋型層１８）を実現することが可能である。ｐ＋型層１８とアノード電極１２５との間で良好なオーミック接続を実現することができる。
【0098】
＜その他の実施形態＞
上記のように、本開示は実施形態１から３及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、変形例が明らかとなろう。例えば、図１では、ｐ＋型のコンタクト領域１５のＺ軸方向からの平面視による形状が、Ｙ軸方向に延設された帯状である場合を示した。しかしながら、コンタクト領域１５のＺ軸方向からの平面視による形状は帯状に限定されない。ｐ＋型のコンタクト領域１５のＺ軸方向からの平面視による形状は、四角形、六角形、八角形等の多角形でもよいし、円形でもよい。
上記のように、本開示は実施形態１から３及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、変形例が明らかとなろう。例えば、図１では、ｐ＋型のコンタクト領域１５のＺ軸方向からの平面視による形状が、Ｙ軸方向に延設された帯状である場合を示した。しかしながら、コンタクト領域１５のＺ軸方向からの平面視による形状は帯状に限定されない。ｐ＋型のコンタクト領域１５のＺ軸方向からの平面視による形状は、四角形、六角形、八角形等の多角形でもよいし、円形でもよい。
【0099】
このように、本開示はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態１から３及びその変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。本開示の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【0100】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
窒化物結晶層と、
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備え、
前記ｐ型領域は、
３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、
３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む窒化物半導体装置。
（２）
前記１３族元素は、Ｂ及びＡｌの少なくとも一方である、前記（１）に記載の窒化物半導体装置。
（３）
前記アクセプタ元素は、Ｌｉ及びＢｅの少なくとも一方である、前記（１）又は（２）に記載の窒化物半導体装置。
（４）
窒化物結晶基板をさらに備え、
前記窒化物結晶層は前記窒化物結晶基板の一方の面上に設けられており、
前記ｐ型領域の格子定数であって、前記一方の面に平行な第１方向の格子定数と、前記一方の面に平行で前記第１方向と交差する第２方向の格子定数は、前記窒化物結晶基板の前記第１方向及び前記第２方向の各格子定数とそれぞれ等しい、前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
（５）
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型のウェル領域と、
前記窒化物結晶層に設けられ、前記ウェル領域にチャネルが形成される電界効果トランジスタと、を備え、
前記ｐ型領域は、前記ウェル領域よりも前記アクセプタ元素の濃度が高く、かつ前記ウェル領域に電気的に接続する、前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
（６）
前記窒化物結晶層に設けられたダイオードを備え、
前記ｐ型領域は前記ダイオードのアノード領域である、前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
（７）
窒化物結晶層に３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇを導入する工程と、
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域に、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程と、
前記Ｍｇが導入され、かつ前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方が導入された前記窒化物結晶層に熱処理を施して、前記Ｍｇを活性化することによって、前記窒化物結晶層にｐ型領域を形成する工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
（８）
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域にＮをイオン注入する工程をさらに備え、
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、前記（７）に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（９）
前記Ｍｇが導入され、前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層上に保護膜を形成する工程をさらに備え、
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記保護膜が形成された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、前記（８）に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１０）
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、前記（７）から（９）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１１）
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記Ｍｇを含む第１膜を前記窒化物結晶層上に形成し、
前記第１膜が形成された前記窒化物結晶層に第１熱処理を施して、前記第１膜から前記窒化物結晶層に前記Ｍｇを熱拡散させることで行う、前記（７）から（９）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１２）
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、前記（７）から（１１）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１３）
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程は、
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を含む第２膜を前記窒化物結晶層上に形成し、
前記第２膜が形成された前記窒化物結晶層に第２熱処理を施して、前記第２膜から前記窒化物結晶層に前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を熱拡散させることで行う、前記（７）から（１１）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１）
窒化物結晶層と、
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備え、
前記ｐ型領域は、
３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇと、
３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む窒化物半導体装置。
（２）
前記１３族元素は、Ｂ及びＡｌの少なくとも一方である、前記（１）に記載の窒化物半導体装置。
（３）
前記アクセプタ元素は、Ｌｉ及びＢｅの少なくとも一方である、前記（１）又は（２）に記載の窒化物半導体装置。
（４）
窒化物結晶基板をさらに備え、
前記窒化物結晶層は前記窒化物結晶基板の一方の面上に設けられており、
前記ｐ型領域の格子定数であって、前記一方の面に平行な第１方向の格子定数と、前記一方の面に平行で前記第１方向と交差する第２方向の格子定数は、前記窒化物結晶基板の前記第１方向及び前記第２方向の各格子定数とそれぞれ等しい、前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
（５）
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型のウェル領域と、
前記窒化物結晶層に設けられ、前記ウェル領域にチャネルが形成される電界効果トランジスタと、を備え、
前記ｐ型領域は、前記ウェル領域よりも前記アクセプタ元素の濃度が高く、かつ前記ウェル領域に電気的に接続する、前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
（６）
前記窒化物結晶層に設けられたダイオードを備え、
前記ｐ型領域は前記ダイオードのアノード領域である、前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
（７）
窒化物結晶層に３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇを導入する工程と、
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域に、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程と、
前記Ｍｇが導入され、かつ前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方が導入された前記窒化物結晶層に熱処理を施して、前記Ｍｇを活性化することによって、前記窒化物結晶層にｐ型領域を形成する工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
（８）
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域にＮをイオン注入する工程をさらに備え、
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、前記（７）に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（９）
前記Ｍｇが導入され、前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層上に保護膜を形成する工程をさらに備え、
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記保護膜が形成された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、前記（８）に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１０）
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、前記（７）から（９）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１１）
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記Ｍｇを含む第１膜を前記窒化物結晶層上に形成し、
前記第１膜が形成された前記窒化物結晶層に第１熱処理を施して、前記第１膜から前記窒化物結晶層に前記Ｍｇを熱拡散させることで行う、前記（７）から（９）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１２）
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、前記（７）から（１１）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
（１３）
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程は、
前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を含む第２膜を前記窒化物結晶層上に形成し、
前記第２膜が形成された前記窒化物結晶層に第２熱処理を施して、前記第２膜から前記窒化物結晶層に前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方を熱拡散させることで行う、前記（７）から（１１）のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【0101】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 縦型ＭＯＳＦＥＴ
２ ｐｎダイオード
１０ ＧａＮ基板
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１１ ＧａＮ単結晶基板
１２ ＧａＮ層
１３ ウェル領域
１３´ ウェル形成領域
１４ 保護膜
１５ コンタクト領域
１５´ コンタクト形成領域
１７ ｐ＋型埋込層
１８ ｐ＋型層
２１ ゲート絶縁膜
２２ ゲート電極
２３ ソース領域
２３´ ソース形成領域
２５ ソース電極
２６ ドレイン電極
３１ Ａｌドープ層
３３ ＭｇＡｌ混合物
３５ Ｍｇ膜
１００ ＧａＮ半導体装置
１２５ アノード電極
１２６ カソード電極
ｄ１、ｄ２ 中心間距離
Ｈ トレンチ
ＨＣ 角部
２ ｐｎダイオード
１０ ＧａＮ基板
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１１ ＧａＮ単結晶基板
１２ ＧａＮ層
１３ ウェル領域
１３´ ウェル形成領域
１４ 保護膜
１５ コンタクト領域
１５´ コンタクト形成領域
１７ ｐ＋型埋込層
１８ ｐ＋型層
２１ ゲート絶縁膜
２２ ゲート電極
２３ ソース領域
２３´ ソース形成領域
２５ ソース電極
２６ ドレイン電極
３１ Ａｌドープ層
３３ ＭｇＡｌ混合物
３５ Ｍｇ膜
１００ ＧａＮ半導体装置
１２５ アノード電極
１２６ カソード電極
ｄ１、ｄ２ 中心間距離
Ｈ トレンチ
ＨＣ 角部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【手続補正書】
【提出日】2024-03-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
本開示の一態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物結晶層に３×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下の濃度でＭｇを導入する工程と、前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域に、３×１０１７ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程と、前記Ｍｇが導入され、かつ前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方が導入された前記窒化物結晶層に熱処理を施して、前記Ｍｇを活性化することによって、前記窒化物結晶層にｐ型領域を形成する工程と、を備える。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0046】
また、図７のステップＳＴ１から図８のステップＳＴ４では、各種のイオン注入を、Ｍｇ（ｐ－）イオン注入、Ｓｉ（ｎ＋）イオン注入、Ａｌイオン注入、Ｍｇ（ｐ＋）イオン注入、Ｎイオン注入の順で行うことを説明した。しかしながら、本開示の実施形態１において、イオン注入を行う順番はこれに限定されない。Ｍｇ（ｐ－）イオン注入、Ｓｉ（ｎ＋）イオン注入、Ａｌイオン注入、Ｍｇ（ｐ＋）イオン注入及びＮイオン注入は、任意の順番で行ってよい。任意の順番で行った場合でも、図１から図３に示したＧａＮ半導体装置１００を製造することができる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0066】
（４）製造方法例４
本開示の実施形態１では、製造方法例２と製造方法例３とを組み合わせてもよい。例えば、ＧａＮ層１２へのＡｌ導入は、Ａｌドープ層３１をエピタキシャル成長させることで行ってもよい。ＧａＮ層１２へのＭｇ導入は、Ａｌドープ層３１上にＭｇの供給源となる膜（例えば、Ｍｇ膜）を形成し、この膜からＡｌドープ層３１にＭｇを熱拡散させることで行ってもよい。
本開示の実施形態１では、製造方法例２と製造方法例３とを組み合わせてもよい。例えば、ＧａＮ層１２へのＡｌ導入は、Ａｌドープ層３１をエピタキシャル成長させることで行ってもよい。ＧａＮ層１２へのＭｇ導入は、Ａｌドープ層３１上にＭｇの供給源となる膜（例えば、Ｍｇ膜）を形成し、この膜からＡｌドープ層３１にＭｇを熱拡散させることで行ってもよい。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0081】
＜実施形態２＞
上記の実施形態１では、縦型ＭＯＳＦＥＴ１、１Ａが、プレーナ構造を有する合を示した。しかしながら、本開示の「ｐ型領域」を有する縦型ＭＯＳＦＥＴは、プレーナ構造ではなく、トレンチゲート構造を有しもよい。
上記の実施形態１では、縦型ＭＯＳＦＥＴ１、１Ａが、プレーナ構造を有する合を示した。しかしながら、本開示の「ｐ型領域」を有する縦型ＭＯＳＦＥＴは、プレーナ構造ではなく、トレンチゲート構造を有しもよい。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0082】
（構成例）
図１６は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂの構成例を示す断面図である。図１６に示すように、実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂは、トレンチゲート構造を有する。具体的には、縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂは、ＧａＮ基板１０に設けられたトレンチＨを有する。トレンチＨは、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に開口している。トレンチＨはｐ－型のウェル領域１３よりも深く形成されており、トレンチＨの底部はｎ－型のＧａＮ層１２まで達している。
図１６は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂの構成例を示す断面図である。図１６に示すように、実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂは、トレンチゲート構造を有する。具体的には、縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｂは、ＧａＮ基板１０に設けられたトレンチＨを有する。トレンチＨは、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側に開口している。トレンチＨはｐ－型のウェル領域１３よりも深く形成されており、トレンチＨの底部はｎ－型のＧａＮ層１２まで達している。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0086】
（実施形態２の変形例）
（１）変形例１
図１７は、本開示の実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｃの構成を示す断面図である。図１７に示すように、実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｃは、実施形態１の変形例に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａ（図１５参照）と同様に、ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間に配置されたｐ＋型埋込層１７を有する。この変形例１では、ｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７の各々が本開示の「ｐ型領域」の一例となる。
（１）変形例１
図１７は、本開示の実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｃの構成を示す断面図である。図１７に示すように、実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ｃは、実施形態１の変形例に係る縦型ＭＯＳＦＥＴ１Ａ（図１５参照）と同様に、ｐ－型のウェル領域１３とｎ－型のＧａＮ層１２（ドリフト領域）との間に配置されたｐ＋型埋込層１７を有する。この変形例１では、ｐ＋型のコンタクト領域１５とｐ＋型埋込層１７の各々が本開示の「ｐ型領域」の一例となる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図6】
【手続補正8】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図19】