(57)【要約】【課題】ｎ型不純物元素のイオンを注入することに起因するｐ型不純物元素の拡散を抑制し、かつ、窒化ガリウム半導体層においてマグネシウムのイオンが注入された領域に酸素のイオンを注入する場合の問題を解決する。【解決手段】窒化ガリウム半導体層と、窒化ガリウム半導体層中に設けられた、窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含むｐ型不純物領域と、ｐ型不純物領域中に設けられた、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素を含むｎ型不純物領域とを備え、ｎ型不純物領域のドナーとして機能する元素は、窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、第１の不純物元素とは異なる元素であって、窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素とを有し、ｎ型不純物領域において、第１の不純物元素の濃度は、第２の不純物元素の濃度よりも高い半導体装置を提供する。【選択図】図２
2018181891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム半導体層と、
前記窒化ガリウム半導体層中に設けられた、窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含むｐ型不純物領域と、
前記ｐ型不純物領域中に設けられた、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素を含むｎ型不純物領域と
を備え、
前記ｎ型不純物領域の前記ドナーとして機能する元素は、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高い
半導体装置。
【請求項２】
前記第１の不純物元素は、シリコンであり、
前記第２の不純物元素は、酸素である
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から裏面に向かう深さ方向において減少傾向を有する
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から深さ５０ｎｍまでの範囲にピークを有する
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から前記ｎ型不純物領域の予め定められた深さまで平坦な領域を有する
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ｎ型不純物領域の底部における前記第２の不純物元素の不純物濃度は、前記ｎ型不純物領域の上部における前記第２の不純物元素の不純物濃度よりも低く、
前記ｐ型不純物領域と前記ｎ型不純物領域との境界よりも下に位置する前記ｐ型不純物領域において、前記第２の不純物元素の不純物濃度は１Ｅ+１７ｃｍ−３以下である
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ｎ型不純物領域における前記第２の不純物元素の不純物濃度は、前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素の不純物濃度の０．１％以上５０％以下である
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ｎ型不純物領域の底部は、前記ｐ型不純物領域の底部よりも浅く、
前記ｎ型不純物領域の下に位置する前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布と、前記ｎ型不純物領域の下に位置しない前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布とは、同じである
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から裏面に向かう深さ方向において減少傾向を有する部分を含む
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
窒化ガリウム半導体層中に設けられた窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含み熱処理後にｐ型不純物領域となる領域にｎ型不純物領域を形成するべく、前記熱処理後に前記ｐ型不純物領域となる領域に、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階
を備え、
前記ｎ型不純物領域は、前記ドナーとして機能する元素として、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高い
半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入した後に、前記窒化ガリウム半導体層を１０００℃以上の温度で熱処理する段階をさらに備える
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階において、
前記窒化ガリウム半導体層上に設けた酸化シリコンから成る薄膜を介して前記ｐ型不純物領域となる領域に前記第１の不純物元素のイオンを注入することにより、前記薄膜に含まれる前記第２の不純物元素が前記ｐ型不純物領域となる領域に導入される
請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記窒化ガリウムに対する前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階において、前記ｐ型不純物領域となる領域に前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素のイオンを注入する
請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ｎ型不純物領域を形成する段階の前に、前記ｐ型不純物領域を形成するべく、前記窒化ガリウム半導体層中に前記アクセプタとして機能する元素のイオンを注入する段階をさらに備える
請求項１０から１３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
結晶成長により形成したｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層へのｎ型不純物のイオン注入およびその後の熱処理によってｎ型領域を形成する場合に、ｐ型ＧａＮ層に含まれるアクセプタとして機能する元素が当該ｐ型ＧａＮ層よりも下に拡散することが知られている。そこで、アクセプタとして機能する元素（例えば、マグネシウム（Ｍｇ））の拡散を抑制するべく、例えばＭｇよりも小さい原子量を有し、かつ、ＧａＮに対してドナーとして機能する酸素（Ｏ）をイオン注入することが知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、ＧａＮ層においてマグネシウムイオンが注入された領域に酸素イオンを注入し、その後にＧａＮ層を熱処理すると、当該領域はキャリア濃度が低くかつ特性の悪いｎ型領域となることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開２０１６−２１４６０号公報
［非特許文献］
［非特許文献１］  Ｄ．Ｇ．Ｋｅｎｔ，  ｅｔ  ａｌ．，"Ｃｏ‐Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｅ＋Ｏ  ａｎｄ  Ｍｇ＋Ｏ  ｉｎｔｏ  ＧａＮ"，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  １５  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００１，Ｖｏｌｕｍｅ  ９０，Ｎｕｍｂｅｒ  ８，３７５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ｎ型不純物元素のイオンを注入することに起因するｐ型不純物元素の拡散を抑制し、かつ、窒化ガリウム半導体層においてマグネシウムイオンが注入された領域に酸素イオンを注入する場合の問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、窒化ガリウム半導体層と、ｐ型不純物領域と、ｎ型不純物領域とを備える半導体装置を提供する。ｐ型不純物領域は、窒化ガリウム半導体層中に設けられてよい。ｐ型不純物領域は、窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含んでよい。ｎ型不純物領域は、ｐ型不純物領域中に設けられてよい。ｎ型不純物領域は、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素を含んでよい。ｎ型不純物領域のドナーとして機能する元素は、第１の不純物元素と、第２の不純物元素とを有してよい。第１の不純物元素は、窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入ってよい。第２の不純物元素は、第１の不純物元素とは異なる元素であってよい。第２の不純物元素は、窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入ってよい。ｎ型不純物領域において、第１の不純物元素の濃度は、第２の不純物元素の濃度よりも高くてよい。
【０００５】
第１の不純物元素は、シリコンであってよい。第２の不純物元素は、酸素であってよい。
【０００６】
ｎ型不純物領域における第１の不純物元素および第２の不純物元素の不純物濃度分布は、深さ方向において減少傾向を有してよい。深さ方向は、窒化ガリウム半導体層の表面から裏面に向かう方向であってよい。
【０００７】
ｎ型不純物領域における第１の不純物元素および第２の不純物元素の不純物濃度分布は、窒化ガリウム半導体層の表面から深さ５０ｎｍまでの範囲にピークを有してよい。
【０００８】
これに代えて、ｎ型不純物領域における第１の不純物元素および第２の不純物元素の不純物濃度分布は、窒化ガリウム半導体層の表面からｎ型不純物領域の予め定められた深さまで平坦な領域を有してもよい。
【０００９】
ｎ型不純物領域の底部における第２の不純物元素の不純物濃度は、ｎ型不純物領域の上部における第２の不純物元素の不純物濃度よりも低くてよい。ｐ型不純物領域とｎ型不純物領域との境界よりも下に位置するｐ型不純物領域において、第２の不純物元素の不純物濃度は１Ｅ+１７ｃｍ−３以下であってよい。
【００１０】
ｎ型不純物領域における第２の不純物元素の不純物濃度は、ｎ型不純物領域における第１の不純物元素の不純物濃度の０．１％以上５０％以下であってよい。
【００１１】
ｎ型不純物領域の底部は、ｐ型不純物領域の底部よりも浅くてよい。ｎ型不純物領域の下に位置するｐ型不純物領域におけるアクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布と、ｎ型不純物領域の下に位置しないｐ型不純物領域におけるアクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布とは、同じであってよい。
【００１２】
ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布は、深さ方向において減少傾向を有する部分を含んでよい。深さ方向は、窒化ガリウム半導体層の表面から裏面に向かう方向であってよい。
【００１３】
本発明の第２の態様においては、半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置の製造方法は、窒化ガリウム半導体層中に設けられた窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含み熱処理後にｐ型不純物領域となる領域にｎ型不純物領域を形成するべく、熱処理後にｐ型不純物領域となる領域に、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階を備えてよい。ｎ型不純物領域は、ドナーとして機能する元素として、第１の不純物元素と、第２の不純物元素とを有してよい。第１の不純物元素は、窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入ってよい。第２の不純物元素は、第１の不純物元素とは異なる元素であってよい。第２の不純物元素は、窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入ってよい。ｎ型不純物領域において、第１の不純物元素の濃度は、第２の不純物元素の濃度よりも高くてよい。
【００１４】
半導体装置の製造方法は、ｐ型不純物領域となる領域にドナーとして機能する元素のイオンを注入した後に、窒化ガリウム半導体層を１０００℃以上の温度で熱処理する段階をさらに備えてよい。
【００１５】
ｐ型不純物領域となる領域にドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階において、窒化ガリウム半導体層上に設けた酸化シリコンから成る薄膜を介してｐ型不純物領域となる領域に第１の不純物元素のイオンを注入することにより、薄膜に含まれる第２の不純物元素がｐ型不純物領域となる領域に導入されてよい。
【００１６】
これに代えて、ｐ型不純物領域となる領域に窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階において、ｐ型不純物領域となる領域に第１の不純物元素および第２の不純物元素のイオンを注入してよい。
【００１７】
半導体装置の製造方法は、ｎ型不純物領域を形成する段階の前に、ｐ型不純物領域を形成するべく、窒化ガリウム半導体層中にアクセプタとして機能する元素のイオンを注入する段階をさらに備えてよい。
【００１８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】縦型ＭＯＳＦＥＴ１００の概要を示す断面図である。
【図２】図１のＡ‐ＡにおけるＳｉ、ＯおよびＭｇの濃度分布を示す図である。
【図３】図１のＢ‐ＢにおけるＭｇの濃度分布を示す図である。
【図４】図１のＡ‐ＡおよびＢ‐ＢにおけるＭｇの濃度分布を重ね合わせた図である。
【図５】第１実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ１００の製造工程を示すフロー図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は、第１実施形態における段階Ｓ１００〜Ｓ１５０を各々示す図である。
【図７】（Ａ‐１）および（Ａ‐２）は、ＧａＮ層１６にＯが導入された場合にＭｇが拡散しない様子を示す図であり、（Ｂ‐１）および（Ｂ‐２）は、ＧａＮ層１６にＯが導入されない場合にＭｇが拡散する様子を示す図である。
【図８】第２実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ１００の製造工程を示すフロー図である。
【図９】第２実施形態における段階Ｓ１３５を示す図である。
【図１０】実験例における試験装置３００の（ａ）側面図および（ｂ）上面図である。
【図１１】実験例における、電圧［Ｖ］‐電流［Ａ］特性を示す図である。
【図１２】実験例における、電極３３４間の間隙長さ［μｍ］‐１つの電極３３４の幅当たりの抵抗［Ω・μｍ］を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２１】
図１は、縦型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１００の概要を示す断面図である。図１は、縦型ＭＯＳＦＥＴ１００のＹ‐Ｚ断面図でもある。本例において、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは互いに垂直な方向であり、Ｚ軸方向はＸ‐Ｙ平面に垂直な方向である。Ｘ、ＹおよびＺ軸は、いわゆる右手系を成す。
【００２２】
縦型ＭＯＳＦＥＴ１００は、Ｙ軸方向において交互に繰り返し設けられる第１領域および第２領域を有してよい。第１領域および第２領域の各々は、縦型ＭＯＳＦＥＴ１００の構成単位であってよい。本例の第１領域および第２領域は、Ｚ軸方向に対して線対称である。
【００２３】
本例においては、Ｚ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する。「上」および「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」および「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」および「下」は、領域、層、膜およ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ない。なお、本例において、下方向を深さ方向と表現する場合もある。
【００２４】
本例の縦型ＭＯＳＦＥＴ１００は、プレーナゲート型の縦型ＭＯＳＦＥＴである。なお、他の例において、縦型ＭＯＳＦＥＴ１００は、トレンチゲート型の縦型ＭＯＳＦＥＴであってもよい。本例の縦型ＭＯＳＦＥＴ１００は、ＧａＮ基板１０、ＧａＮ層１６、ゲート絶縁膜３２、ゲート電極３４、ソース電極４４およびドレイン電極５４を有する。
【００２５】
ＧａＮ基板１０はＧａＮ単結晶基板の一例である。本例のＧａＮ基板１０は、ｎ＋型の基板である。ＧａＮ基板１０は、低転位自立型基板であってよい。本例のＧａＮ基板１０は、貫通転位密度が１Ｅ＋７［ｃｍ−２］未満の自立型基板である。なお、Ｅは１０の冪を表す。例えば、１Ｅ＋７は、１×１０７を意味する。ＧａＮ基板１０を低転位密度とすることにより、ＧａＮ基板１０上に形成したＧａＮ層１６の転位密度も低減することができる。また、イオン注入された不純物が熱処理のときに転位に沿って深く拡散することを防止できる。さらに、このような低転位基板を用いることで、大面積のパワーデバイスを形成してもリーク電流を少なくすることができる。これにより、パワーデバイスを高い良品率で製造することができる。
【００２６】
本例において、ｎまたはｐは、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。ｎまたはｐの右肩に記載した＋または−について、＋はそれが記載されていないものよりもキャリア濃度が高く、−はそれが記載されていないものよりもキャリア濃度が低いことを意味する。
【００２７】
ＧａＮに対するｎ型不純物元素は、Ｓｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、およびＯ（酸素）の一種類以上の元素であってよい。本例においては、ｎ型不純物元素としてＳｉおよびＯの二種類の元素を用いる。なお、ｎ型不純物元素としてＧｅおよびＯの二種類の元素を用いてもよい。また、ｎ型不純物元素としてＳｉおよびＧｅならびにＯの三種類の元素を用いてもよい。また、ＧａＮに対するｐ型不純物元素は、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｂｅ（ベリリウム）およびＺｎ（亜鉛）の一種類以上の元素であってよい。本例においては、ｐ型不純物元素としてＭｇを用いる。
【００２８】
本例の縦型ＭＯＳＦＥＴ１００において、半導体材料はＧａＮであるが、半導体材料はアルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）の一以上の元素を含んでもよい。半導体材料は、ＡｌおよびＩｎを微量に含んだ混晶半導体、即ちＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）であってもよい。ただし、本例の半導体材料は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮにおいてｘ＝ｙ＝０としたＧａＮである。
【００２９】
ＧａＮ層１６は、ＧａＮ基板１０上に設けられてよい。本例のＧａＮ層１６は、ＧａＮ基板１０上にエピタキシャル形成される。本例のＧａＮ層１６は、ｎ−型の層である。
【００３０】
本例において、ＧａＮ層１６とＧａＮ基板１０との界面を境界１２とする。本例において、境界１２はＧａＮ基板１０の第１主面である。ＧａＮ基板１０の第２主面は、境界１２と反対側の裏面１８である。また、本例において、ＧａＮ層１６の第１主面は、境界１２と反対側の表（おもて）面１４であり、ＧａＮ層１６の第２主面は境界１２である。境界１２は、ＧａＮ層１６の裏面の一例である。下方向と同様に、ＧａＮ層１６の表面１４から境界１２に向かう方向も、深さ方向である。
【００３１】
ＧａＮ層１６は、ｐ−型のベース領域２３、ｐ＋型のコンタクト領域２５、および、ｎ＋型のソース領域２６を有する。本例において、ベース領域２３、コンタクト領域２５およびソース領域２６は、表面１４から各々所定の深さまでＧａＮ層１６に不純物のイオンを注入することを経て形成される。なお、ＧａＮ層に凹部を設け、当該凹部にｐ型ＧａＮ層を選択的にエピタキシャル成長させることにより、良好なｐ型特性を有するＧａＮ領域を形成する技術は、本願の出願時点において確立されていない。
【００３２】
ベース領域２３、コンタクト領域２５およびソース領域２６は、ＧａＮ層１６中に設けられたウェル領域であってよい。ベース領域２３、コンタクト領域２５およびソース領域２６は、Ｘ軸方向に延在するストライプ形状のウェル領域であってもよい。なお、ベース領域２３は、ｐ型不純物領域の一例である。また、ソース領域２６は、ｎ型不純物領域の一例である。なお、コンタクト領域２５もｐ型不純物領域であるが、後述するように本明細書においては、主としてベース領域２３およびソース領域２６に注目するので、単にｐ型不純物領域と記載した場合には、ベース領域２３を指すものと見なしてよい。ただし、コンタクト領域２５およびコンタクト領域２５下のベース領域２３においても本願の効果が得られることは、後述の説明から明らかである。
【００３３】
本例のベース領域２３およびコンタクト領域２５は、ＧａＮ層１６中に設けられる。本例のベース領域２３およびコンタクト領域２５は、ＧａＮに対するアクセプタとして機能するｐ型不純物元素を含む。本例のベース領域２３およびコンタクト領域２５は、ＧａＮに対するアクセプタとして機能するｐ型不純物元素であるＭｇを含む。本例のベース領域２３およびコンタクト領域２５は、Ｍｇイオンの注入とイオン注入後の熱処理とを経て形成されてよい。
【００３４】
本例のベース領域２３は、チャネル形成領域２４を含む。チャネル形成領域２４は、ゲート絶縁膜３２の直下に位置するベース領域２３の一部である。チャネル形成領域２４は、Ｙ軸方向においてドリフト領域２２とソース領域２６との間に位置してよい。また、チャネル形成領域２４は、上部が表面１４に露出してよく、表面１４においてゲート絶縁膜３２に接してよい。
【００３５】
コンタクト領域２５は、ベース領域２３中に設けられる。コンタクト領域２５は、ソース電極４４との接触抵抗を低減する機能、および、ゲートオフ時の正孔引き抜き経路を提供する機能を有してよい。コンタクト領域２５は、上部が表面１４に露出してよく、表面１４においてソース電極４４に接してよい。コンタクト領域２５は、側部がソース領域２６およびベース領域２３に接し、底部がベース領域２３に接してよい。
【００３６】
本例のソース領域２６は、ＧａＮ層１６中に設けられる。より具体的には、本例のソース領域２６は、ベース領域２３およびコンタクト領域２５中に設けられる。ただし、ソース領域２６の上部は、ＧａＮ層１６の表面１４に位置する。即ち、ソース領域２６の上部は、表面１４に露出する。本例のソース領域２６は、ＧａＮに対するドナーとして機能するｎ型不純物元素を含む。本例のｎ型不純物元素は、ＳｉおよびＯである。本例のソース領域２６は、ＳｉおよびＯイオンの注入とイオン注入後の熱処理とを経て形成されてよい。
【００３７】
ソース領域２６は、電子電流が流れる経路を提供してよい。ソース領域２６の一部は、表面１４においてソース電極４４に接してよい。ソース領域２６は、底部および側部が、ベース領域２３およびコンタクト領域２５に接してよい。
【００３８】
ゲート電極３４は、ゲート絶縁膜３２上においてゲート絶縁膜３２に接して設けられてよい。ゲート電極３４は、少なくともチャネル形成領域２４上に位置してよい。本例のゲート電極３４は、チャネル形成領域２４と２つのベース領域２３間のドリフト領域２２との上に位置する。ゲート電極３４は、不純物をドープしたポリシリコンで形成されてよく、アルミニウム（Ａｌ）‐シリコン（Ｓｉ）の合金で形成されてもよい。
【００３９】
ソース電極４４は、表面１４上に設けられてよい。本例のソース電極４４は、ソース領域２６の一部とコンタクト領域２５とに接して設けられる。ソース電極４４は、ＡｌまたはＡｌ‐Ｓｉの合金で形成されてよい。なお、ソース電極４４は、表面１４とＡｌ層またはＡｌ‐Ｓｉ層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チタン（Ｔｉ）を使用してよい。つまり、ソース電極４４は、Ｔｉ層およびＡｌ層の積層、または、Ｔｉ層およびＡｌ‐Ｓｉの合金層の積層であってもよい。
【００４０】
なお、ソース電極４４は、層間絶縁膜によりゲート電極３４と電気的に分離されてよい。一例において、ソース電極４４は、ゲート電極３４上に設けられた層間絶縁膜上にも設けられてよい。ドレイン電極５４は、裏面１８に接して裏面１８の下に設けられてよい。ドレイン電極５４もソース電極４４と同じ材料で構成されてよい。
【００４１】
図１においては、ゲート端子、ソース端子およびドレイン端子を、それぞれＧ、ＤおよびＳで示す。例えば、ゲート端子を介してゲート電極３４に閾値電圧以上の電位が与えられると、チャネル形成領域２４に反転層が形成される。例えば、反転層が形成された場合に、ドレイン電極５４が所定の高電位であり、かつ、ソース電極４４が接地電位であると、ドレイン端子からソース端子へ電流が流れる。また、例えば、ゲート電極３４に閾値電圧よりも低い電位が与えられるとチャネル形成領域２４における反転層が消滅し、電流が遮断される。これにより、縦型ＭＯＳＦＥＴ１００は、ソース端子およびドレイン端子間における電流をスイッチングすることができる。
【００４２】
図２は、図１のＡ‐ＡにおけるＳｉ、ＯおよびＭｇの濃度分布を示す図である。Ａ‐Ａは、ソース領域２６、ベース領域２３およびドリフト領域２２を通るＺ軸方向に平行な直線の一部である。縦軸は不純物濃度（ドーピング濃度）［ｃｍ−３］を示し、横軸はＧａＮ層１６の深さ［ｎｍ］を示す。表面１４を深さゼロ［ｎｍ］とする。
【００４３】
ソース領域２６の上部は、深さゼロ［ｎｍ］以上５０［ｎｍ］以下の範囲であってよい。また、ソース領域２６の底部は、深さ１００［ｎｍ］以上３００［ｎｍ］以下の範囲であってよい。本例においては、深さゼロ［ｎｍ］がソース領域２６の上部であり、深さ２８７［ｎｍ］がソース領域２６の底部である。なお、本例においては、深さ２８７［ｎｍ］を境に、Ｓｉの濃度とＭｇの濃度とが逆転する。
【００４４】
ベース領域２３の上部は、深さゼロ［ｎｍ］以上５０［ｎｍ］以下の範囲であってよい。また、ベース領域２３の底部は、深さ１１００［ｎｍ］以上１４００［ｎｍ］以下の範囲であってよい。また、ベース領域２３の底部は、単調減少するベース領域２３のｐ型不純物濃度がドリフト領域２２のｎ型不純物濃度と同じになる深さであるとしてよい。本例においては、ベース領域２３のｐ型不純物濃度とドリフト領域２２のｎ型不純物濃度とが同じとなる深さ１２５０［ｎｍ］が、ベース領域２３の底部である。
【００４５】
図２においては、コンタクト領域２５の底部の位置は図示されていない。ただし、本例においては、コンタクト領域２５をソース領域２６よりも深く形成する。それゆえ、ソース領域２６の底部は、ベース領域２３およびコンタクト領域２５のいずれの底部よりも浅い。
【００４６】
（ｎ型不純物元素）本例のソース領域２６は、ドナーとして機能するｎ型不純物元素として、第１の不純物元素と、第１の不純物元素とは異なる第２の不純物元素とを有する。第１の不純物元素は、ＧａＮ層１６におけるガリウム原子のサイトに入る元素であってよい。第１の不純物元素は、四族元素であってよく、より具体的には、Ｓｉおよびゲルマニウム（Ｇｅ）であってよい。ただし、炭素（Ｃ）は、ＧａＮ層１６においてアクセプタとして機能し得るので、ソース領域２６を形成するためのイオン注入には用いないことが望ましい。本例においては、第１の不純物元素はＳｉである。
【００４７】
ＧａＮ層１６に第１の不純物元素のイオンを注入することにより、ＧａＮ層１６にはガリウム原子の空孔が形成されてよい。なお、ガリウム原子の空孔は、ＧａＮ層１６におけるガリウム原子のサイトからガリウム原子が除かれた空孔と等価である。本例においては、ガリウム原子の空孔をＶＧａと表現する。ＶＧａの数と、イオン注入された第１の不純物元素の数とは、必ずしも１：１でなくてよい。ＶＧａの数は、イオン注入された第１の不純物元素の数よりも多くても少なくてもよい。また、全てのＶＧａのうち、一部には第１の不純物元素が収まるが、他の一部は空孔のままであってよい。
【００４８】
なお、ＧａＮ層１６にイオン注入された全ての第１の不純物元素が、必ずしもガリウム原子のサイトに入らなくてもよい。第１の不純物元素は、ガリウム原子のサイトに入りやすい、または、ガリウム原子のサイトに入る可能性が高い元素であると表現してもよい。ただし、ＧａＮ層１６中における第１の不純物元素の濃度は、イオン注入された第１の不純物元素のドーズ量［ｃｍ−２］に比例するとしてよい。また、ガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素の数も、イオン注入された第１の不純物元素のドーズ量［ｃｍ−２］に比例するとしてよい。
【００４９】
第２の不純物元素は、ＧａＮ層１６における窒素原子のサイトに入る元素であってよい。本例においては、第２の不純物元素は、Ｏである。ただし、本例において、第２の不純物元素は窒素（Ｎ）ではないもとする。本例においては、ＧａＮ層１６における窒素原子のサイトに入った酸素をＯＮと表現する。なお、ＯＮにおいては、ＧａＮ層１６におけるＮとイオン注入されたＯとが置換されたと見なしてよい。例えば、Ｏにより置換されたＮは、窒素ガス（Ｎ２ガス）となり、ＧａＮ層１６の外に放出されてよい。
【００５０】
なお、ＧａＮ層１６にイオン注入された全ての第２の不純物元素が、必ずしも窒素原子のサイトに入らなくてもよい。第２の不純物元素は、窒素原子のサイトに入りやすい、または、窒素原子のサイトに入る可能性が高い元素であると表現してもよい。ただし、ＧａＮ層１６中における第２の不純物元素の濃度は、イオン注入された第２の不純物元素のドーズ量［ｃｍ−２］に比例するとしてよい。また、窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素の数も、イオン注入された第２の不純物元素のドーズ量［ｃｍ−２］に比例するとしてよい。
【００５１】
本願の発明者の知見によれば、ｐ型不純物元素（例えばＭｇ）はＶＧａにゲッタリングされやすい。それゆえ、ＶＧａがＧａＮ層１６の下方へ拡散する場合には、ベース領域２３中のＭｇもＧａＮ層１６の下方へ拡散しやすくなる。
【００５２】
ＶＧａとＯＮとは、ＶＧａ‐ＯＮのクラスターを形成しやすい。そして、ソース領域２６に導入されたＯＮは、ＶＧａのようにＧａＮ層１６の下方へ拡散しない。特定の理論だけに限定する意図ではないが、ｎ型不純物のイオン注入によりソース領域２６中に形成されたＯＮおよびＶＧａがクラスターを形成することにより、ソース領域２６およびベース領域２３中（即ち、図２のＡ‐Ａライン）のＭｇが下方へ拡散することを抑制することができると、本願の発明者は考える。このように、本例においては、第２の不純物元素をあえて導入することにより、ｎ型不純物をイオン注入することに起因するｐ型不純物元素の拡散を抑制することができる。
【００５３】
加えて、本例においては、第１の不純物元素を導入するので、Ｍｇイオンが注入された領域に第２の不純物元素（本例では、Ｏ）のイオンを注入すると良好なｎ型特性を得られないという問題を解決することができる。このように本例では、窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素（本例では、Ｏ）によりベース領域２３中におけるＭｇの下方への拡散を抑制しつつ、かつ、ガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素（本例では、Ｓｉ）によりｎ型特性を向上させることができる。
【００５４】
ただし、ソース領域２６において、第１の不純物元素が主要なｎ型不純物であり、第２の不純物元素は補助的なｎ型不純物であってよい。本例においては、Ｓｉが主要なｎ型不純物であり、Ｏが補助的なｎ型不純物である。それゆえ、ソース領域２６において、第１の不純物元素の濃度は、第２の不純物元素の濃度よりも高くてよい。
【００５５】
本例においては、ソース領域２６を形成するべく、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成るスクリーン膜（スルー膜とも呼ばれる）を介して、ＧａＮ層１６にＳｉイオンを注入する。これにより、Ｓｉにより叩き出された二酸化シリコン中のＯが、ＧａＮ層１６に導入される。本例においては、Ｓｉにより叩き出されることによりＧａＮ層１６に取り込まれるＯの数（Ｏ原子の数）に比べて、イオン注入されるＳｉの数（Ｓｉ原子の数）の方が十分に多い。それゆえ、本例のソース領域２６においては、深さ方向において、第１の不純物元素（Ｓｉ）の濃度が第２の不純物元素（Ｏ）の濃度よりも常に高い（即ち、Ｏ濃度＜Ｓｉ濃度）。
【００５６】
加えて、ソース領域２６における第１および第２の不純物元素の不純物濃度分布は、深さ方向において減少傾向を有してよい。例えば、ソース領域２６の底部における第１および第２の不純物元素の不純物濃度は、それぞれソース領域２６の上部における第１および第２の不純物元素の不純物濃度よりも低くい。
【００５７】
本例においては、ＳｉおよびＯの濃度が深さ方向において徐々に減少する。本例のＳｉ濃度分布は、表面１４近傍にピークを有し、当該ピークから徐々に減少し、深さ２８７［ｎｍ］において１Ｅ＋１８［ｃｍ−３］となり、深さ２０００［ｎｍ］においてＥ＋１６［ｃｍ−３］オーダーとなる。また、本例のＯ濃度分布は、表面１４近傍から徐々に減少し、深さ２００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下の範囲において、Ｅ＋１６［ｃｍ−３］オーダーとなる。
【００５８】
ベース領域２３とソース領域２６との境界（即ち、ソース領域２６の底部）よりも下に位置するベース領域２３において、第２の不純物元素の不純物濃度は１Ｅ+１７ｃｍ−３以下であってよい。本例において、Ｏ濃度が１Ｅ＋１７［ｃｍ−３］以下である領域では、ＯはＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）装置の検出下限に対応する濃度オーダーであると見なしてよく、また、当該領域ではＯはほぼ存在しないと見なしてもよい。
【００５９】
なお、例えば、ベース領域２３の深さ方向全体（即ち、表面１４からベース領域２３の底部までの深さ範囲）にＯＮを導入するべく、ベース領域２３の深さ方向全体にＯを導入することが考えられる。しかし、これによりベース領域２３のｐ型特性が低下するので、ベース領域２３の深さ方向全体にＯを導入することの好ましくない。本例においては、表面１４近傍において、Ｏを実効的に導入する（例えば、表面１４から深さ２００［ｎｍ］までの深さ範囲において、Ｏ濃度を１Ｅ＋１７［ｃｍ−３］とする）ことにより、ベース領域２３におけるｐ型特性の低下をさえつつ、かつ、ＯＮ‐ＶＧａによりＭｇの拡散を抑制することができる。
【００６０】
ソース領域２６における第２の不純物元素の不純物濃度は、ソース領域２６における第１の不純物元素の不純物濃度の０．１％以上５０％以下であってよく、より好ましくは、１％以上２０％以下であってもよい。例えば、Ｓｉ濃度が１Ｅ＋１９［ｃｍ−３］である場合に、Ｏ濃度が１Ｅ＋１７［ｃｍ−３］である（Ｏ濃度がＳｉ濃度の１％）。また、例えば、Ｓｉ濃度が４．９８Ｅ＋２０［ｃｍ−３］である場合に、Ｏ濃度が１．７Ｅ＋２０［ｃｍ−３］である（Ｏ濃度がＳｉ濃度の約３４％）。
【００６１】
このように、ソース領域２６において第２の不純物元素の不純物濃度に比べて第１の不純物元素の不純物濃度を十分高くすることにより、第１の不純物元素によって十分なｎ型特性を担保することができる。また、ソース領域２６において、第２の不純物元素の不純物濃度を第１の不純物元素の不純物濃度の０．１％以上より好ましくは１％以上とすることにより、ＯＮ‐ＶＧａのクラスターの形成を担保することができる。
【００６２】
ソース領域２６における第１および第２の不純物元素の不純物濃度分布は、表面１４から深さ５０［ｎｍ］までの範囲にピークを有してよい。本例において、表面１４から２０［ｎｍ］の深さ位置にＳｉ濃度分布のピークが存在する。本例においてＳｉのピーク濃度は、４．９８Ｅ＋２０［ｃｍ−３］である。また、Ｏのピーク濃度は、１．７Ｅ＋２０［ｃｍ−３］である。なお、Ｏ濃度＜Ｓｉ濃度の関係を維持する限りにおいて、Ｓｉのピーク濃度は、１Ｅ＋１９［ｃｍ−３］以上１Ｅ＋２１［ｃｍ−３］以下としてもよい。
【００６３】
なお、不純物濃度分布がピーク濃度を有することに代えて、ソース領域２６における第１および第２の不純物元素の不純物濃度分布は、表面１４からソース領域２６の予め定められた深さまで平坦な領域を有してもよい。ただし、ｎ型特性を低下させないために、不純物濃度分布が深さ方向において平坦（つまり、不純物濃度が一定）である領域においても、第１の不純物元素の濃度を第２の不純物元素の濃度よりも常に高くする。
【００６４】
本例において、不純物濃度分布が深さ方向において平坦であるとは、所定の深さ範囲において不純物濃度が単純増加または単純減少ではなく、かつ、所定の濃度からのずれが±２５％以内であることを意味する。例えば、所定の濃度が５Ｅ＋２０［ｃｍ−３］である場合に、不純物濃度が３．７５Ｅ＋２０［ｃｍ−３］以上６．２５Ｅ＋２０［ｃｍ−３］以下の範囲において上下している場合、不純物濃度分布は深さ方向において平坦であるとみなしてよい。
【００６５】
一例において、ソース領域２６の深さ方向全体において、第１の不純物元素の不純物濃度分布が深さ方向において平坦であってよい。これにより、ソース領域２６全体において第１の不純物元素（Ｓｉ等）を十分に確保できるので、ピークを有する場合に比べてｎ型特性がさらに向上し得る。また、一例において、第２の不純物元素の不純物濃度分布が深さ方向において平坦であってよい。ただし、ベース領域２３のｐ型特性を低下させないために、第２の不純物元素の不純物濃度分布が平坦な領域は、最大でも表面１４からソース領域２６の深さの半分までとすることが好ましい。これにより、ピークを有する場合に比べてソース領域２６のより広い範囲にＯＮを導入することができる。
【００６６】
なお、他の実施形態（後述する第２実施形態に対応する）においては、第２の不純物元素を含むスクリーン膜を介さずに、ＧａＮ層１６に第１および第２の不純物元素のイオンを注入してもよい。例えば、ソース領域２６を形成するべく、ＧａＮ層１６に第１の不純物元素のイオンを注入し、その後にＧａＮ層１６に第２の不純物元素のイオンを注入してよい。また、これに代えて、ソース領域２６を形成するべく、第１および第２の不純物元素のイオンをＧａＮ層１６に同時に注入してもよい。いずれにしても、第１の不純物元素によりＧａＮ層１６中にＶＧａを形成し、第２の不純物元素をＶＧａに入れることができる。
【００６７】
当該他の実施形態においても、ソース領域２６における第１の不純物元素および第２の不純物元素の不純物濃度分布は、深さ方向において減少傾向を有してよい。なお、当該他の実施形態においては、第１および第２の不純物元素のイオンを各々個別に注入することにより、第１および第２の不純物元素の不純物濃度分布のプロファイルを異ならせることができる。例えば、良好なｎ型特性を担保するべく、第１の不純物元素の不純物濃度分布が深さ方向において平坦となるように第１不純物元素のイオンを注入してよい。
【００６８】
これに対して、第１および第２の不純物元素の不純物濃度分布が表面１４近傍においてピークを有するように第１および第２不純物元素のイオンを注入してもよい。なお、第１の不純物元素の不純物濃度分布を深さ方向において平坦とし、第２不純物元素の不純物濃度分布は表面１４近傍においてピークを有するとしてもよい。さらには、第１不純物元素の不純物濃度分布は表面１４においてピークを有し、第２の不純物元素の不純物濃度分布を深さ方向において平坦としてもよい。ただし、良好なｎ型特性を担保するべく、第２の不純物元素の不純物濃度は、常に第１の不純物元素の不純物濃度よりも小さいとする。
【００６９】
（ｐ型不純物元素）ｐ型不純物元素の不純物濃度分布は、表面１４から所定の深さまで平坦であってよい。本例においては、Ｍｇの不純物濃度分布は、表面１４近傍から深さ約４００［ｎｍ］まで平坦である。また、ベース領域２３におけるｐ型不純物元素の不純物濃度分布は、深さ方向において減少傾向を有する部分を含んでよい。本例において、Ｍｇ濃度は、深さ約４００［ｎｍ］から深さ約１６５０［ｎｍ］まで単調減少する。Ｍｇ濃度の単調減少は、ｐ−型ベース領域２３がイオン注入により形成されたことの裏付けであるとしてよい。
【００７０】
本例においては、ＧａＮ層１６へ選択的にＭｇイオンを注入し、イオン注入後に熱処理することにより、ｐ型不純物領域を形成する。これにより、ＧａＮ層１６のベース領域２３およびドリフト領域２２には、Ｍｇの不純物濃度が深さ方向において単調減少するテール領域が形成される。本例において、Ｍｇの不純物濃度分布におけるテール領域は、Ｍｇイオンが注入されたことを反映する特徴であるとみなしてよい。
【００７１】
図３は、図１のＢ‐ＢにおけるＭｇの濃度分布を示す図である。Ｂ‐Ｂは、ソース領域２６を通らず、チャネル形成領域２４、ベース領域２３およびドリフト領域２２を通るＺ軸方向に平行な直線の一部である。縦軸および横軸は、図２と同じである。
【００７２】
図４は、図１のＡ‐ＡおよびＢ‐ＢにおけるＭｇの濃度分布を重ね合わせた図である。図４に示す様に、図１のＡ‐ＡおよびＢ‐ＢにおけるＭｇの濃度分布はほぼ完全に重なった。つまり、ソース領域２６の下に位置するベース領域２３におけるＭｇの不純物濃度分布と、ソース領域２６の下に位置しないベース領域２３におけるＭｇの不純物濃度分布とは、同じであった。
【００７３】
なお、Ｍｇの不純物濃度分布が同じであるとは、深さ方向において測定した第１のＭｇ濃度分布と第２のＭｇ濃度分布とにおける各濃度が、ＳＩＭＳ装置による測定の誤差範囲内であることを意味してよい。また、Ｍｇの不純物濃度分布が同じであるとは、深さ方向において測定した第１のＭｇ濃度分布が、第２のＭｇ濃度分布の±５０％以内であることを意味してよく、より望ましくは、第２のＭｇ濃度分布の±３０％以内であることを意味してよい。
【００７４】
ソース領域２６直下のベース領域２３（Ａ‐Ａ）においても、チャネル形成領域２４直下のベース領域２３（Ｂ‐Ｂ）においても、Ｍｇの下方への拡散を抑制することができた。このように、ｎ型不純物として、第１の不純物元素（Ｓｉ等）および第２の不純物元素（Ｏ等）のイオンを注入することの有効性が明らかとなった。
【００７５】
第２の不純物元素のイオンが注入されていないＢ‐Ｂにおいても、Ｍｇの濃度分布がＡ‐Ａと同じであることは特徴的である。ｎ型不純物のイオンを注入したことに起因して、ソース領域２６の下ではｐ型不純物が下に拡散する可能性があるが、本例では、ＯＮ‐ＶＧａのクラスターにより、Ａ‐ＡラインにおいてもＢ‐Ｂラインと同様にＭｇの拡散が抑制されたと考えられる。
【００７６】
図５は、第１実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ１００の製造工程を示すフロー図である。本例の製造工程は、段階Ｓ１００からＳ１５０の順に（即ち、番号の小さい順に）行われる。
【００７７】
図６（ａ）〜図６（ｆ）は、第１実施形態における段階Ｓ１００〜Ｓ１５０を各々示す図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｆ）においては、図面の見易さを考慮して、図１における第１領域のみを図示する。
【００７８】
図６（ａ）は、段階Ｓ１００を示す図である。段階Ｓ１００においては、ＧａＮ基板１０上にＧａＮ層１６をエピタキシャル形成する。本例の段階Ｓ２１０においては、有機金属成長法（ＭＯＣＶＤ）またはハライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等によりｎ＋型のＧａＮ基板１０上にｎ型のＧａＮ層１６をエピタキシャル形成する。エピタキシャル形成されたＧａＮ層１６は、５Ｅ＋１５ｃｍ−３以上５Ｅ＋１６ｃｍ−３以下のｎ型不純物元素（例えば、Ｓｉ）を有してよい。ＧａＮ層１６の厚み（即ち、境界１２から表面１４までの長さ）は、耐圧に応じて変えてよいが、例えば数μｍ以上５０μｍ以下である。
【００７９】
図６（ｂ）は、段階Ｓ１１０を示す図である。本例の段階Ｓ１２０においては、ベース領域２３を形成するべく、ＧａＮ層１６中にＭｇイオンを注入する。本例においては、ベース領域２３に対応する領域上に開口を有するマスク１１０を介してＧａＮ層１６にＭｇイオンを注入する。マスク１１０は、ＧａＮ層１６に対して選択的に除去可能な二酸化シリコン（ＳｉＯ２）マスクまたはフォトレジストマスクであってよい。
【００８０】
イオン注入の加速エネルギーは、注入深さに応じて変えてよい。なお、加速エネルギーは、加速電圧に比例する。加速電圧が大きいほど不純物のエネルギーを大きくすることができる。加速電圧が大きいほど、注入深さが深くなる。
【００８１】
本例では、加速電圧２０、４０、７０、１１０、１５０、２００、２５０および４３０（単位は全てｋｅＶ）、ならびに、ドーズ量１Ｅ＋１２ｃｍ−２以上１Ｅ＋１４ｃｍ−２以下の多段注入によりＧａＮ層１６にＭｇイオンを注入する。なお、加速電圧が小さいほどドーズ量を小さくし、加速電圧が大きいほどドーズ量を大きくしてよい。注入深さは、表面１４から深さ１．２５μｍまでの範囲であってよい。イオン注入後に、マスク１１０は除去する。
【００８２】
図６（ｃ）は、段階Ｓ１２０を示す図である。本例の段階Ｓ１２０においては、コンタクト領域２５を形成するべく、ＧａＮ層１６中にＭｇイオンを注入する。本例においては、コンタクト領域２５に対応する領域上に開口を有するマスク１２０を介してＧａＮ層１６にＭｇイオンを注入する。ベース領域２３よりも浅い位置に、高濃度のＭｇイオンを注入するべく、加速電圧およびドーズ量は段階Ｓ１１０から適宜調節してよい。これにより、表面１４近傍に不純物濃度分布のピークを形成してよい。例えば、表面１４から深さ５０ｎｍまでの範囲に、Ｍｇ濃度が１Ｅ＋１９ｃｍ−３以上であるＭｇ濃度分布のピークを形成する。イオン注入後に、マスク１２０は除去する。
【００８３】
図６（ｄ）は、段階Ｓ１３０を示す図である。本例の段階Ｓ１３０においては、ソース領域２６を形成するべく、熱処理後にベース領域２３となる領域に、ｎ型不純物元素のイオンを注入する。なお、本例においては、コンタクト領域２５にもｎ型不純物元素のイオンを注入する。
【００８４】
本例の段階Ｓ１３０においては、まず、表面１４上の全体に設けられた厚み２０［ｎｍ］のスクリーン膜１３２を形成する。本例のスクリーン膜１３２は、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ‐Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成された酸化シリコンから成る薄膜（例えば、ＳｉＯ２薄膜）である。その後、ソース領域２６に対応する領域上に開口を有するフォトレジストマスク１３０を形成する。
【００８５】
その後に、スクリーン膜１３２およびフォトレジストマスク１３０を介して、多段注入によりベース領域２３となる領域に第１の不純物元素（本例では、Ｓｉ）のイオンを注入する。より詳細には、加速電圧３０［ｋｅＶ］でドーズ量６．０Ｅ＋１４［ｃｍ−２］、加速電圧６０［ｋｅＶ］でドーズ量８．０Ｅ＋１４［ｃｍ−２］、加速電圧８０［ｋｅＶ］でドーズ量１．６Ｅ＋１５［ｃｍ−２］という条件で、ベース領域２３となる領域にＳｉイオンを注入する。本例では、第２の不純物元素であるＯは、スクリーン膜１３２からベース領域２３となる領域に導入される。イオン注入後に、スクリーン膜１３２およびフォトレジストマスク１３０は除去する。
【００８６】
図６（ｅ）は、段階Ｓ１４０を示す図である。本例の段階Ｓ１４０においては、まず、ＧａＮ層１６の表面１４上の全面にキャップ層１４０を形成し、ＧａＮ基板１０、ＧａＮ層１６およびキャップ層１４０から成る積層体１５０を形成する。その後、積層体１５０を熱処理装置２００に配置して、積層体１５０を１０００℃以上の温度で熱処理する。これにより、ＧａＮ層１６中にｐ−型のベース領域２３、ｐ＋型のコンタクト領域２５、および、ｎ＋型のソース領域２６を形成する。
【００８７】
キャップ層１４０は、熱処理中においてＧａＮ層１６から窒素原子が放出されることを防ぐ機能を有してよい。キャップ層１４０は、耐熱性が高く、表面１４と良好な密着性を有し、キャップ層１４０からＧａＮ層１６へ不純物が拡散せず、かつ、ＧａＮ層１６に対して選択的に除去可能であることが望ましい。キャップ層１４０の耐熱性が高いとは、１１００℃以上１４００℃以下の温度で熱処理された場合においてもキャップ層１４０にピット（貫通開口）が形成されない程度に、キャップ層１４０が実質的に分解しないことを意味する。
【００８８】
本例のキャップ層１４０は、ＡｌＮ層であるが、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層または窒化シリコン（ＳｉＮ）層であってもよい。ただし、ＳｉまたはＯがＧａＮ層１６へ拡散する可能性を排除するべくＡｌＮ層の方が望ましい。なお、変形例として、段階Ｓ１３０において形成したスクリーン膜１３２は除去せずに、スクリーン膜１３２上にＡｌＮ層を形成することにより、スクリーン膜１３２およびＡｌＮ層をキャップ層１４０としてもよい。
【００８９】
熱処理装置２００内において、１１００℃以上１４００℃以下、より好ましくは、１３００℃以上１４００℃以下の温度で積層体１５０を熱処理してよい。なお、窒素ガス雰囲気下において積層体１５０を熱処理してもよい。本例においては、窒素ガス雰囲気下において１１００℃で、５分間、積層体１５０を熱処理する。熱処理後に、キャップ層１４０を除去する。ＡｌＮ層は水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨａｑ）により、ＳｉＯ２ 層はフッ化水素酸（ＨＦ）により除去してよい。
【００９０】
図６（ｆ）は、段階Ｓ１５０を示す図である。本例の段階Ｓ１５０においては、ゲート絶縁膜３２、ゲート電極３４、ソース電極４４およびドレイン電極５４を形成する。段階Ｓ１５０においては、表面１４に露出するベース領域２３を少なくとも覆うゲート絶縁膜３２を形成する。例えば、ＰＥＣＶＤにより絶縁膜を形成して、その後フォトリソグラフィーおよびエッチング工程を経て当該絶縁膜を所定形状に成形する。これにより、ゲート絶縁膜３２を形成してよい。ゲート絶縁膜３２は、１００ｎｍの厚みを有してよい。ゲート絶縁膜３２は、ＳｉＯ２膜であってよく、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜であってもよい。
【００９１】
ゲート絶縁膜３２形成後に、ゲート電極３４、ソース電極４４およびドレイン電極５４を順次形成する。ゲート電極３４、ソース電極４４およびドレイン電極５４の各々は、スパッタリング、フォトリソグラフィーおよびエッチング等を経て形成されてよい。
【００９２】
図７の（Ａ‐１）および（Ａ‐２）は、ＧａＮ層１６にＯが導入された場合にＭｇが拡散しない様子を示す図であり、図７の（Ｂ‐１）および（Ｂ‐２）は、ＧａＮ層１６にＯが導入されない場合にＭｇが拡散する様子を示す図である。図７は、ソース領域２６に対応する領域の部分拡大図でもある。図７は、上述した本願の原理を説明する概念図である。
【００９３】
（Ａ‐１）は、ＳｉおよびＯがＧａＮ層１６に導入された様子を示す。また、（Ａ‐２）は、（Ａ‐１）の後にＧａＮ層１６を熱処理した後の様子を示す。上述したように、ＳｉおよびＯをＧａＮ層１６に導入する本例では、ＯＮとＶＧａとがクラスターを形成することにより、Ｍｇが下方へ拡散されることが抑制される。
【００９４】
（Ｂ‐１）は、ＳｉのみがＧａＮ層１６に導入された様子を示す。また、（Ｂ‐２）は、（Ｂ‐１）の後にＧａＮ層１６を熱処理した後の様子を示す。（Ｂ‐２）においてはＯＮが存在しないので、ＶＧａと共にＭｇも下方へ拡散される。
【００９５】
図８は、第２実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ１００の製造工程を示すフロー図である。本例においては、スクリーン膜１３２を介してｎ型不純物をイオン注入する段階Ｓ１３０に代えて、スクリーン膜１３２を介さずにｎ型不純物であるベース領域となる領域に第１の不純物元素および第２の不純物元素のイオンを注入する段階Ｓ１３５を有する。係る点が、第１実施形態と異なる。他の点は、第１実施形態と同じである。
【００９６】
図９は、第２実施形態における段階Ｓ１３５を示す図である。本例の段階Ｓ１３５においては、まず、ソース領域２６に対応する領域上に開口を有するフォトレジストマスク１３０を形成する。その後に、フォトレジストマスク１３０を介して、多段注入によりベース領域２３となる領域に第１の不純物元素（本例では、Ｓｉ）および第２の不純物元素（本例では、Ｏ）のイオンを注入する。イオン注入の条件は、第１実施形態の段階Ｓ１３０と同じであってよい。ＳｉイオンおよびＯイオンは、ベース領域２３およびコンタクト領域２５にそれぞれ注入されてよい。なお、Ｓｉイオンを注入した後に、同じフォトレジストマスク１３０を介してＯイオンを注入してもよい。
【００９７】
図１０は、実験例における試験装置３００を示す図である。図１０（ａ）は試験装置３００の側面図であり、図１０（ｂ）は試験装置３００の上面図である。試験装置３００は、ＧａＮ基板１０、ＧａＮ層１６および複数の電極３３４を有する。本例のＧａＮ層１６は、第１実施形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ１００と同様の手法で作成した、ドリフト領域２２、ベース領域２３およびソース領域２６を有する。
【００９８】
本例の試験装置３００は、ソース領域２６の抵抗［Ω・μｍ］およびシート抵抗［Ω／□］を算出するために用いられる。試験装置３００は、伝送線モデル（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｌｉｎｅ  ｍｏｄｅｌ、ＴＬＭモデルと略記する場合もある。）を実現する装置であると見なしてよい。試験装置３００においては、一の電極３３４からソース領域２６に入った電流が、表面１４においてＹ軸方向に流れてよい。そして、Ｙ軸方向において隣接する他の電極３３４から電流が取り出されてよい。本例においては、ＴＬＭモデルを基礎とした伝送長法（Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｌｅｎｇｔｈ  ｍｅｔｈｏｄ、ＴＬＭ法と略記する場合もある。）により、電圧［Ｖ］‐電流［Ａ］特性を測定する。そして、測定した電圧［Ｖ］‐電流［Ａ］特性に基づいて、ソース領域２６の抵抗［Ω・μｍ］およびシート抵抗［Ω／□］を算出する。
【００９９】
複数の電極３３４の各々は、ソース領域２６上においてソース領域２６に接触する。複数の電極３３４は、Ｙ軸方向において各々離間する。本例においては、５つの電極３３４‐１から３３４‐５がＹ軸方向において互いに離間して設けられる。各電極３３４は、Ｘ軸方向の長さ（幅とも称する）が２００μｍであり、Ｙ軸方向の長さが１００μｍであり、Ｚ軸方向に所定の厚みを有する直方体形状である。なお、ＴＬＭ法において、電極３３４のＺ軸方向の厚みは無視してよい。
【０１００】
Ｙ軸方向において隣接する二つの電極３３４の離間距離は、それぞれ異なる。本例において、Ｙ軸方向における隣接する電極３３４間の間隙長さ（Ｇａｐ）は下記の通りである。
電極３３４‐１および電極３３４‐２間の間隙長さ：Ｇａｐ１＝４０μｍ。
電極３３４‐２および電極３３４‐３間の間隙長さ：Ｇａｐ２＝３２μｍ。
電極３３４‐３および電極３３４‐４間の間隙長さ：Ｇａｐ３＝２４μｍ。
電極３３４‐４および電極３３４‐５間の間隙長さ：Ｇａｐ４＝１６μｍ。
【０１０１】
図１１は、実験例における、電圧［Ｖ］‐電流［Ａ］特性を示す図である。縦軸は電流値［Ａ］を示し、横軸は電圧値［Ｖ］を示す。図１１では、Ｇａｐ１およびＧａｐ４における測定結果を実線で示し、Ｇａｐ２における測定結果を破線で示し、Ｇａｐ３における測定結果を一点鎖線で示す。図１１から明らかなように、所定の電圧を印加した場合に、二つの電極３３４間の間隙長さが小さいほど、電流の絶対値が大きい。
【０１０２】
図１２は、実験例における、電極３３４間の間隙長さ［μｍ］‐１つの電極３３４の幅当たりの抵抗［Ω・μｍ］を示す図である。縦軸は、１つの電極３３４の幅（本例では、２００［μｍ］）当たりの抵抗［Ω・μｍ］を示す。本例においては、図１１における各グラフの傾きから抵抗［Ω・μｍ］を算出した。横軸は、二つの電極３３４間の間隙長さ（Ｇａｐ）［μｍ］を示す。本例においては、二つの電極３３４間の間隙長さ（即ち、各Ｇａｐ）が、横軸の値に対応する。そして、本例においては、図１２のグラフの傾きから、ソース領域２６のシート抵抗［Ω／□］を算出した。
【０１０３】
本例において、ソース領域２６のシート抵抗［Ω／□］は、１２６［Ω／□］であった。ただし、ソース領域２６のシート抵抗［Ω／□］は、１０［Ω／□］以上または５０［Ω／□］以上、かつ、１５０［Ω／□］以下または２００［Ω／□］以下であってもよい。当該数値範囲内であれば、十分に低抵抗なソース領域２６とみなしてよい。
【０１０４】
これに対して、非特許文献１の「ＴＡＢＬＥ  Ｉ．  Ｄａｔａ  ｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  ＧａＮ」の「Ｓｈｅｅｔ  Ｒｅｓ．」は、１０５［Ω／□］から１０６［Ω／□］である。つまり、非特許文献１のシート抵抗はＭ（メガ）Ω／□級である。これに対して、本例のソース領域２６のシート抵抗は、１００Ω／□級と十分に小さい。このように、本願の実施形態におけるソース領域２６の優位性は明らかである。なお、本例においては、第１実施形態の製造工程に従いソース領域２６を作成したが、第２実施形態の製造工程に従いソース領域２６を作成しても同様の結果が得られる。
【０１０５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０６】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１０７】
１０・・ＧａＮ基板、１２・・境界、１４・・表面、１６・・ＧａＮ層、１８・・裏面、２２・・ドリフト領域、２３・・ベース領域、２４・・チャネル形成領域、２５・・コンタクト領域、２６・・ソース領域、３２・・ゲート絶縁膜、３４・・ゲート電極、４４・・ソース電極、５４・・ドレイン電極、１００・・縦型ＭＯＳＦＥＴ、１１０・・マスク、１２０・・マスク、１３０・・フォトレジストマスク、１３２・・スクリーン膜、１４０・・キャップ層、１５０・・積層体、２００・・熱処理装置、３００・・試験装置、３３４・・電極
【図１】
2018181891.tif 000003
【図２】
2018181891.tif 000004
【図３】
2018181891.tif 000005
【図４】
2018181891.tif 000006
【図５】
2018181891.tif 000007
【図６】
2018181891.tif 000008
【図７】
2018181891.tif 000009
【図８】
2018181891.tif 000010
【図９】
2018181891.tif 000011
【図１０】
2018181891.tif 000012
【図１１】
2018181891.tif 000013
【図１２】
2018181891.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月29日(2017.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた窒化ガリウム半導体層と、
前記窒化ガリウム半導体層中に設けられた、窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含むｐ型不純物領域と、
前記ｐ型不純物領域中に設けられた、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素を含むｎ型不純物領域と、
前記窒化ガリウム基板の裏面に接して設けられた電極と
を備え、
前記ｎ型不純物領域の前記ドナーとして機能する元素は、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高い
縦型半導体装置。
【請求項２】
前記第１の不純物元素は、シリコンであり、
前記第２の不純物元素は、酸素である
請求項１に記載の縦型半導体装置。
【請求項３】
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から裏面に向かう深さ方向において減少傾向を有する
請求項１または２に記載の縦型半導体装置。
【請求項４】
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から深さ５０ｎｍまでの範囲にピークを有する
請求項１から３のいずれか一項に記載の縦型半導体装置。
【請求項５】
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から前記ｎ型不純物領域の予め定められた深さまで平坦な領域を有する
請求項１から３のいずれか一項に記載の縦型半導体装置。
【請求項６】
前記ｎ型不純物領域の底部における前記第２の不純物元素の不純物濃度は、前記ｎ型不純物領域の上部における前記第２の不純物元素の不純物濃度よりも低く、
前記ｐ型不純物領域と前記ｎ型不純物領域との境界よりも下に位置する前記ｐ型不純物領域において、前記第２の不純物元素の不純物濃度は１Ｅ+１７ｃｍ−３以下である
請求項１から５のいずれか一項に記載の縦型半導体装置。
【請求項７】
前記ｎ型不純物領域における前記第２の不純物元素の不純物濃度は、前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素の不純物濃度の０．１％以上５０％以下である
請求項１から６のいずれか一項に記載の縦型半導体装置。
【請求項８】
窒化ガリウム半導体層と、
前記窒化ガリウム半導体層中に設けられた、窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含むｐ型不純物領域と、
前記ｐ型不純物領域中に設けられた、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素を含むｎ型不純物領域と
を備え、
前記ｎ型不純物領域の前記ドナーとして機能する元素は、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高く、
前記ｎ型不純物領域の底部は、前記ｐ型不純物領域の底部よりも浅く、
前記ｎ型不純物領域の下に位置する前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布と、前記ｎ型不純物領域の下に位置しない前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布とは、同じである
半導体装置。
【請求項９】
前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から裏面に向かう深さ方向において減少傾向を有する部分を含む
請求項１から８のいずれか一項に記載の縦型半導体装置。
【請求項１０】
窒化ガリウム基板上の窒化ガリウム半導体層中に設けられた窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含み熱処理後にｐ型不純物領域となる領域にｎ型不純物領域を形成するべく、前記熱処理後に前記ｐ型不純物領域となる領域に、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階と、
前記窒化ガリウム基板の裏面に接する電極を形成する段階と
を備え、
前記ｎ型不純物領域は、前記ドナーとして機能する元素として、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高い
縦型半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入した後に、前記窒化ガリウム半導体層を１０００℃以上の温度で熱処理する段階をさらに備える
請求項１０に記載の縦型半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階において、
前記窒化ガリウム半導体層上に設けた酸化シリコンから成る薄膜を介して前記ｐ型不純物領域となる領域に前記第１の不純物元素のイオンを注入することにより、前記薄膜に含まれる前記第２の不純物元素が前記ｐ型不純物領域となる領域に導入される
請求項１０または１１に記載の縦型半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記窒化ガリウムに対する前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階において、前記ｐ型不純物領域となる領域に前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素のイオンを注入する
請求項１０または１１に記載の縦型半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ｎ型不純物領域を形成する段階の前に、前記ｐ型不純物領域を形成するべく、前記窒化ガリウム半導体層中に前記アクセプタとして機能する元素のイオンを注入する段階をさらに備える
請求項１０から１３のいずれか一項に記載の縦型半導体装置の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月21日(2018.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた窒化ガリウム半導体層と、
前記窒化ガリウム半導体層中に設けられた、窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含むｐ型不純物領域と、
前記ｐ型不純物領域中に設けられた、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素を含むｎ型不純物領域と、
前記窒化ガリウム基板の裏面に接して設けられた電極と
を備え、
前記ｎ型不純物領域の前記ドナーとして機能する元素は、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高い
プレーナゲート型の縦型半導体装置。
【請求項２】
前記第１の不純物元素は、シリコンであり、
前記第２の不純物元素は、酸素である
請求項１に記載のプレーナゲート型の縦型半導体装置。
【請求項３】
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から裏面に向かう深さ方向において減少傾向を有する
請求項１または２に記載のプレーナゲート型の縦型半導体装置。
【請求項４】
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から深さ５０ｎｍまでの範囲にピークを有する
請求項１から３のいずれか一項に記載のプレーナゲート型の縦型半導体装置。
【請求項５】
前記ｎ型不純物領域の底部における前記第２の不純物元素の不純物濃度は、前記ｎ型不純物領域の上部における前記第２の不純物元素の不純物濃度よりも低く、
前記ｐ型不純物領域と前記ｎ型不純物領域との境界よりも下に位置する前記ｐ型不純物領域において、前記第２の不純物元素の不純物濃度は１Ｅ+１７ｃｍ−３以下である
請求項１から４のいずれか一項に記載のプレーナゲート型の縦型半導体装置。
【請求項６】
前記ｎ型不純物領域における前記第２の不純物元素の不純物濃度は、前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素の不純物濃度の０．１％以上５０％以下である
請求項１から５のいずれか一項に記載のプレーナゲート型の縦型半導体装置。
【請求項７】
前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から裏面に向かう深さ方向において減少傾向を有する部分を含む
請求項１から６のいずれか一項に記載のプレーナゲート型の縦型半導体装置。
【請求項８】
窒化ガリウム半導体層と、
前記窒化ガリウム半導体層中に設けられた、窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含むｐ型不純物領域と、
前記ｐ型不純物領域中に設けられた、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素を含むｎ型不純物領域と
を備え、
前記ｎ型不純物領域の前記ドナーとして機能する元素は、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高く、
前記ｎ型不純物領域の底部は、前記ｐ型不純物領域の底部よりも浅く、
前記ｎ型不純物領域の下に位置する前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布と、前記ｎ型不純物領域の下に位置しない前記ｐ型不純物領域における前記アクセプタとして機能する元素の不純物濃度分布とは、同じである
半導体装置。
【請求項９】
窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた窒化ガリウム半導体層と、
前記窒化ガリウム半導体層中に設けられた、窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含むｐ型不純物領域と、
前記ｐ型不純物領域中に設けられた、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素を含むｎ型不純物領域と、
前記窒化ガリウム基板の裏面に接して設けられた電極と
を備え、
前記ｎ型不純物領域の前記ドナーとして機能する元素は、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高く、
前記ｎ型不純物領域における前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素の不純物濃度分布は、前記窒化ガリウム半導体層の表面から前記ｎ型不純物領域の予め定められた深さまで平坦な領域を有する
縦型半導体装置。
【請求項１０】
窒化ガリウム基板上の窒化ガリウム半導体層中に設けられた窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含み熱処理後にｐ型不純物領域となる領域にｎ型不純物領域を形成するべく、前記熱処理後に前記ｐ型不純物領域となる領域に、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階と、
前記窒化ガリウム基板の裏面に接する電極を形成する段階と
を備え、
前記ｎ型不純物領域は、前記ドナーとして機能する元素として、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高い
プレーナゲート型の縦型半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入した後に、前記窒化ガリウム半導体層を１０００℃以上の温度で熱処理する段階をさらに備える
請求項１０に記載のプレーナゲート型の縦型半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階において、
前記窒化ガリウム半導体層上に設けた酸化シリコンから成る薄膜を介して前記ｐ型不純物領域となる領域に前記第１の不純物元素のイオンを注入することにより、前記薄膜に含まれる前記第２の不純物元素が前記ｐ型不純物領域となる領域に導入される
請求項１０または１１に記載のプレーナゲート型の縦型半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
窒化ガリウム基板上の窒化ガリウム半導体層中に設けられた窒化ガリウムに対するアクセプタとして機能する元素を含み熱処理後にｐ型不純物領域となる領域にｎ型不純物領域を形成するべく、前記熱処理後に前記ｐ型不純物領域となる領域に、窒化ガリウムに対するドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階と、
前記窒化ガリウム基板の裏面に接する電極を形成する段階と
を備え、
前記ｎ型不純物領域は、前記ドナーとして機能する元素として、
前記窒化ガリウム半導体層におけるガリウム原子のサイトに入る第１の不純物元素と、
前記第１の不純物元素とは異なる元素であって、前記窒化ガリウム半導体層における窒素原子のサイトに入る第２の不純物元素と
を有し、
前記ｎ型不純物領域において、前記第１の不純物元素の濃度は、前記第２の不純物元素の濃度よりも高く、
前記ｐ型不純物領域となる領域に前記窒化ガリウムに対する前記ドナーとして機能する元素のイオンを注入する段階において、前記ｐ型不純物領域となる領域に前記第１の不純物元素および前記第２の不純物元素のイオンを注入する
縦型半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ｎ型不純物領域を形成する段階の前に、前記ｐ型不純物領域を形成するべく、前記窒化ガリウム半導体層中に前記アクセプタとして機能する元素のイオンを注入する段階をさらに備える
請求項１３に記載の縦型半導体装置の製造方法。