專利名稱:形成p型半導體區(qū)域的方法及半導體元件的制作方法
發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種形成p型半導體區(qū)域的方法及半導體元件。
現(xiàn)有技術專利文獻1(日本專利特開2001-127002號公報)中，公開有激活GaN系半導體激光的半導體層內的p型摻雜物的方法。將激光照射至摻雜有p型摻雜物Mg的GaN等氮化物系III-V族化合物半導體，由此進行p型摻雜物的激活，在此情形下，當應進行摻雜物的激活的半導體厚度設為d時，使該半導體的吸收系數a為a＝1/d的光子能作為半導體實測的帶隙Eg-real，使用光子能為Eg-real±0.5eV范圍內的光。
專利文獻2(日本專利特開平11-224957號公報)中，在含有相當量的II族元素的雜質的情形時，還將10W/cm2以上500W/cm2以下的激光照射至未激活該雜質的p型氮化物系半導體層，而進行激活。通過將n型摻雜物導入至p型氮化物是半導體層，進而促進激活。
專利文獻3(日本專利特開2000-306854號公報)中，公開有對包含在氮化鎵系化合物半導體裝置的p型層進行激活的方法。該方法中，在攝氏200度～500度范圍內的溫度下，將含有包含在紫外線至可見光范圍內的波長的光照射至p型層，由此，除去與p型層所包含的p型摻雜物結合的氫，并將p型摻雜物作為受體而激活。
在專利文獻4(日本專利特開平9-266218號公報)中，公開有以下方法結晶成長后無需進行退火，形成低電阻的p型III-VI族化合物半導體或氮化鎵系化合物半導體。在通過MOCVD法而外延成長的p型II-VI族化合物半導體或氮化鎵系化合物半導體上，照射具備這些化合物半導體的禁制帶寬的能量以上的光子能的脈沖激光，產生電子-空穴對。即，脈沖激光具有與所照射的半導體的禁制帶寬以上的能量對應的波長，因此，通過單一的光子產生一對電子空穴對。通過自該電子空穴對所產生的載體的電性效果，分離p型摻雜物與氫的結合，自p型化合物半導體內除去氫。
專利文獻1日本專利特開2001-127002號公報專利文獻2日本專利特開平11-224957號公報專利文獻3日本專利特開2000-306854號公報專利文獻4日本專利特開平9-266218號公報
發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題為實現(xiàn)氮化物半導體激光以及氮化物發(fā)光二極管等半導體元件，需要低電阻的p型GaN膜以及AlGaN膜等p型半導體膜。為此，必須將氮化物半導體區(qū)域內的p型摻雜物激活。其原因在于結晶成長中添加至結晶的p型摻雜物，在成長中或成長后的高溫狀態(tài)下，存在與環(huán)境中所包含的氫原子結合的現(xiàn)象，所結合的摻雜物在這些半導體元件動作的溫度范圍、通常的室溫左右不會離子化。
為將摻雜物激活，如上述文獻所述，存在利用光照分離摻雜物與氫的結合的方法。
在專利文獻1所公開的方法中，使用具有如下能量左右的光子能的光半導體的吸收系數a與應進行雜質激活的半導體厚度d滿足預定的關系(a＝1/d)。因此，所使用的光的光子能，對應在受到激活的半導體層的厚度而變更。
在專利文獻2所公開的方法中，使用具有10W/cm2以上500W/cm2以下能量的激光進行激活。該激光為鈦藍寶石激光的第3次高頻波(340納米)、或者氬氣的第2次高頻波(257納米)。該方法中，由于使用比與帶隙能量對應的波長短的波長的光，因此利用單一光子的激發(fā)。
在專利文獻3所公開的方法中，照射含有波長自紫外線至可見光范圍內的光，直接自摻雜物與氫的結合物中使質子分離。通過照射具有比氮化鎵系半導體的帶隙能量大的能量的光至氮化鎵系半導體層所產生的電子，使質子中性化。該方法中，除光外，還必需供給大量的電子。
在專利文獻4所公開的方法中，通過利用激光照射所產生的電子-空穴等載體的電性效果，自p型化合物半導體內除去氫。該方法中，必須產生電子-空穴對。
本發(fā)明以實現(xiàn)無需使用熱退火而將半導體區(qū)域內的p型摻雜物光學性激活、并形成p型半導體區(qū)域的方法為目的，此外，以能夠提供激活p型摻雜物時不受熱退火的影響的半導體元件為目的。
用于解決問題的手段本發(fā)明的一個方面，提供一種將半導體內的p型摻雜物激活而形成p型半導體區(qū)域的方法，其特征在于，具備以下步驟在由III-V族半導體、II-VI族半導體及IV族半導體中的任一半導體構成且含有氫以及p型摻雜物的半導體區(qū)域上，照射激光，利用多光子吸收過程，將上述p型摻雜物激活。
通過發(fā)明人的實驗，通過照射產生多光子吸收的脈沖激光，可將半導體區(qū)域內的p型摻雜物激活。
本發(fā)明的方法所優(yōu)選使用的半導體區(qū)域，是氮化鎵系化合物半導體區(qū)域，此外，p型摻雜物是鎂及鋅的至少任一方。
氮化鎵系化合物半導體區(qū)域中，由于其原料的原因，膜中含有氫。眾所周知，該氫阻礙p型摻雜物的激活。通過本發(fā)明，通過照射脈沖激光，含有氫以及p型摻雜物的氮化鎵系化合物半導體區(qū)域的氫濃度降低，并且，脈沖激光照射后的氮化鎵系化合物半導體區(qū)域的載體濃度升高。鎂以及鋅作為用于氮化鎵系化合物半導體的p型摻雜物尤其有用。
本發(fā)明的方法中，優(yōu)選的是，上述激光為具有100納秒以下的脈沖寬度的脈沖激光。此外，本發(fā)明的方法中，更優(yōu)選的是，上述激光為具有10000飛秒以下的脈沖寬度的脈沖激光。
本發(fā)明的方法中，在將上述p型摻雜物激活的上述步驟中，還可將電場以及磁場的至少任一方施加到上述半導體區(qū)域上。光學反應后的氫由于與所施加的電場以及磁場的至少任一方相互作用，因此易被抽出至半導體區(qū)域之外。
本發(fā)明的方法中，上述激光的波長可大于與上述半導體區(qū)域材料的帶隙能量對應的波長。由于將多光子吸收所產生的脈沖激光照射至半導體區(qū)域，因此，激光的波長還可大于與半導體區(qū)域材料的帶隙能量對應的波長。
本發(fā)明的方法中，優(yōu)選，上述激光為具有104W/cm2以上的強度的激光。
本發(fā)明的方法中，還可通過使用了上述激光的直描，在上述半導體區(qū)域內成圖。通過直描能以二維圖案將激活區(qū)域形成在半導體區(qū)域上。此外，通過直描能以三維圖案將激活區(qū)域形成在半導體區(qū)域上。
根據本發(fā)明的其它方面，半導體元件具備由III-V族半導體、III-VI族半導體以及IV族半導體中的一個以上構成且含有氫以及p型摻雜物的半導體層，上述半導體層含有第1區(qū)域，該第1區(qū)域含有利用激光的照射所產生的多光子吸收過程而激活的p型摻雜物。
根據發(fā)明人的實驗，通過照射多光子吸收所產生的脈沖激光，可將半導體區(qū)域內的p型摻雜物激活。此外，根據本發(fā)明，通過脈沖激光的照射，半導體層的溫度不會上升至攝氏400度以上。因此，半導體元件在摻雜物激活的時，不會受到熱影響。
本發(fā)明的半導體元件中，上述半導體層可含有第2區(qū)域，其氫濃度高于上述第1區(qū)域。半導體層中，對應于半導體元件，選擇性地將必要的區(qū)域激活。
本發(fā)明的半導體元件中，優(yōu)選，上述半導體區(qū)域為III族氮化物半導體層。此外，優(yōu)選的是，上述III族氮化物半導體層是氮化鎵系化合物半導體層，上述p型摻雜物是鎂及鋅的至少任一方。
III族氮化物半導體層中，由于原料的原因，膜中包含氫。眾所周知，該氫會阻礙p型摻雜物的激活。根據本發(fā)明，通過照射脈沖激光，含有氫以及p型摻雜物的III族氮化物半導體層的氫濃度會降低。其結果是，照射有脈沖激光的III族氮化物半導體層的載體濃度變大。鎂以及鋅作為用于III族氮化物半導體的p型摻雜物尤其有用。
作為該III族氮化物半導體，例如為AlXInYGa1-X-YN(X為0以上1以下，Y為0以上1以下)。
本發(fā)明的半導體元件中，上述第1區(qū)域可在上述半導體層的表面、上述半導體層的內部、以及該表面與該內部的雙方成圖。此外，本發(fā)明的半導體元件中，上述第1區(qū)域在基板表面上成圖。由此，可在半導體區(qū)域形成具有二維圖案的激活區(qū)域。
本發(fā)明的半導體元件優(yōu)選，具備n型氮化物半導體層、與設置在上述n型氮化物半導體層及上述半導體層之間的活性層。本發(fā)明的半導體元件可為發(fā)光元件。在進行p型摻雜物的激活時無熱影響，因此，由于激活退火的熱摻雜而不會擴散。作為發(fā)光元件，存有激光二極管或發(fā)光二極管等。
發(fā)明效果如上所述，通過使用本發(fā)明，可提供一種無需使用熱退火而將半導體區(qū)域內的摻雜物光學性激活而形成p型半導體區(qū)域的方法，此外，可提供在進行摻雜物的激活時不會受到熱退火影響的半導體元件。
本發(fā)明的上述目的及其他目的、特征以及優(yōu)點，通過參照附圖詳細描述的以下本發(fā)明的優(yōu)選實施方式可以更加明確。
圖1是表示將半導體區(qū)域內的摻雜物激活、并形成p型半導體區(qū)域的方法的圖。
圖2是用以說明本實施方式的方法中所使用的多光子吸收、以及單光子吸收的圖。
圖3是表示可在形成p型III族氮化物半導體區(qū)域的方法的短脈沖激光照射裝置的一個構成例的圖。
圖4是表示作為本實施方式的一個變形例，將半導體區(qū)域內的摻雜物激活，并形成p型半導體區(qū)域的方法的圖。
圖5是表示變形例的短脈沖激光照射裝置的構成的圖。
圖6是表示通過本實施方式的方法而激活的半導體膜特性的圖。
圖7是表示通過本實施方式的方法而激活的半導體膜特性的圖。
圖8是表示含有GaN系半導體膜的基板的側視圖。
圖9是其它的含有GaN系半導體膜的基板的側視圖。
圖10是表示測定時的電流(mA)與空穴密度(cm-3)間的關系的圖表。
圖11是表示測定時的電流(mA)與電阻率(Ω·cm)間的關系的圖表。
圖12是表示退火的樣本以及經激光照射的樣本S的電壓(V)/電流(A)特性的圖表。
圖13是表示經用有HeCd激光的PL測定所得的強度的波長依存性的圖表。
圖14是表示第3實施方式下的氮化物半導體元件、以及第3實施方式的一個變形例的氮化物半導體元件的圖。
圖15是表示形成第4實施方式下的氮化物半導體元件的方法的步驟的圖。
圖16是表示形成第4實施方式下的氮化物半導體元件的方法的步驟的圖。
標號的說明101 有機金屬氣相外延裝置103 基板105 GaN緩沖膜107 無摻雜GaN膜109 GaN膜E1，E2 外延基板111，111a，111b 短脈沖激光照射裝置109a p型GaN膜LB1 脈沖激光113 脫離氫117 氮化鎵系半導體區(qū)域G-level 基礎狀態(tài)Photon1，Photon2，Photon3，Photon 光子V-level 真空能級121 激光振蕩器123 孔徑125 透鏡127 平臺
129b，129c，129a 反射鏡PTRAIN激光脈沖光列131 設備133 GaN緩沖膜135 無摻雜GaN膜137 InGaN緩沖膜139 AlGaN膜139a p型GaN膜143 氣密容器145a 氣體供給路徑145b 排氣路徑147 壓力計1 氮化物半導體元件3 基板5 半導體區(qū)域7 III族氮化物半導體層9 量子阱區(qū)域9a 阱層9b 阻擋層11 第1包覆層13 第2包覆層15 III族氮化物半導體層17 接觸層19 陽極電極21 陰極電極31 氮化鎵基板33 氮化鎵膜35 第1包覆膜37 活性區(qū)域39 阱膜
41 阻擋膜43 第2包覆膜45 III-V化合物半導體膜47 接觸膜51 短脈沖激光照射裝置53 短脈沖激光55 脫離氫57 p型摻雜物10 藍寶石基板2 GaN層4 InGaN層具體實施方式
通過參照作為示例所示的附圖以及以下詳細描述，可易于理解本發(fā)明的主張。接著，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。在可以的情況下，對相同部分標以相同標號。
(第1實施方式)圖1的區(qū)域(A)是表示將半導體區(qū)域內的摻雜物激活、且形成p型半導體區(qū)域的方法的圖。此外，圖1的區(qū)域(B)是表示將半導體區(qū)域內的摻雜物激活、并形成p型半導體區(qū)域的方法的圖。該半導體區(qū)域可含有III-V族半導體、II-VI族半導體以及IV族半導體中的一個以上的半導體，但在后續(xù)說明中，說明將氮化鎵系半導體區(qū)域內的摻雜物激活且形成p型氮化鎵系半導體區(qū)域的方法。眾所周知，氮化鎵系化合物半導體膜因用于成膜的原料的原因，膜中含有氫，該氫阻礙p型摻雜物的激活。
如圖1的區(qū)域(A)所示，在基板103上形成半導體區(qū)域。該半導體區(qū)域如下所示，含有一個或多個半導體膜。在一個實施例中，在有機金屬氣相外延裝置101等成膜裝置內配置基板103，在基板103上依次成長GaN緩沖膜105、無摻雜GaN膜107、以及含p型摻雜物的GaN膜109，從而形成外延基板E1。這些膜的具體例包括基板103600微米的C面藍寶石基板GaN緩沖膜10525納米無摻雜GaN膜1072微米GaN膜109500納米。
作為p型摻雜物，可使用鎂、鋅等。在半導體膜109中，除p型摻雜物外，還含有包含在原料氣體中的氫。
如圖1的區(qū)域(B)所示，在短脈沖激光照射裝置111配置外延基板E1雷。將激光LB1照射至外延基板E1的一部分或全部表面，利用多光子吸收過程，將p型摻雜物激活。作為用于激光照射的激光源，使用例如鈦藍寶石飛秒激光。
激光的波長700～900納米激光的脈沖寬度3000飛秒以下聚光直徑5.4微米～67.9微米激光強度1.2×105～2×1012W/cm2。
此外，作為樣本的移動速度，可使用例如X，Y方向移動速度每秒2.3毫米Y方向移動平臺寬度3微米此處，通過用有邁克爾遜干涉儀的自相關器及示波器來測定脈沖寬度。此外，激光強度PL(W/cm2)為以聚光面積SB(cm2)與脈沖寬度TP(sec)的乘積除激光的脈沖能量EP(J)所得的值(PL＝EP/(SB×TP))。聚光面積SB例如可通過光束分析儀測定。此外，聚光面積SB是激光束的光點面積，表示可獲取光束的1/e2或86.4％的輸出光的光點直徑。
根據發(fā)明人的實驗，照射多光子吸收所產生的脈沖激光LBl，由此將半導體區(qū)域117內的p型摻雜物激活。其結果是，形成p型GaN膜109a。通過脈沖激光LBl的照射，半導體膜的溫度不會實質性上升，即激光照射區(qū)域不會上升至使結晶內的構成原子移動的數百攝氏度為止。此外，無需使用蓋罩層等保護膜便可直接將激光照射至半導體區(qū)域的表面。即，無需為摻雜物的激活而加熱，因此，不會由于熱的影響而導致氮原子從半導體區(qū)域逸出。
在該激活中，通過照射多光子吸收所產生的脈沖激光LB1，半導體膜109中的氫113會脫離。其結果是，通過脈沖激光LB1的照射，含有氫以及p型摻雜物的氮化鎵系半導體區(qū)域117內的半導體膜109a的氫濃度會降低，并且，照射有脈沖激光LB1的氮化鎵系半導體膜109a的載體濃度會升高。
還可在半導體區(qū)域內，形成通過在半導體區(qū)域掃描短脈沖激光束而成圖的激活區(qū)域。通過使用掩模的描繪或直描，可在半導體區(qū)域形成二維圖案。此外，通過用有掩模的描繪或直描，還可選擇性地激活位于最上方的半導體層之下的半導體膜。其結果是，以三維使半導體區(qū)域內的激活部分成圖。
此外，在一個實施例中，激光的波長大于與半導體區(qū)域的材料的帶隙對應的波長時，通過將產生多光子吸收的脈沖激光照射至半導體膜，可使半導體內的p型摻雜物激活。
圖2的區(qū)域(A)是說明本實施方式的方法中所使用的多光子吸收的圖，圖2的區(qū)域(B)是說明單光子吸收的圖。在多光子吸收中，從基礎狀態(tài)G-level吸收多個光子Photon1、Photon2、Photon3(實質上具有相同光子能的多個光子)，轉移至高于真空能級V-level的能級。通過該多光子吸收，可使半導體內的p型摻雜物激活。另一方面，在專利文獻4等所公開的方法中，并非如圖2的區(qū)域(A)所示的多光子吸收，而是如圖2的區(qū)域(B)所示，吸收單一的光子Photon，從基礎狀態(tài)G-level轉移至高于真空能級V-level的能級。為產生該多光子吸收，優(yōu)選使用具有104W/cm2以上強度的激光。
圖3是表示可使用于形成p型III族氮化物半導體區(qū)域的方法中的短脈沖激光照射裝置的一個構成例的圖。短脈沖激光照射裝置111a包括可產生由多光子吸收所產生的脈沖激光的激光振蕩器121；孔徑123；透鏡125；以及搭載對象物的平臺127。在短脈沖激光照射裝置111a中，在自激光振蕩器121至孔徑123的光學路徑上配置有第1反射鏡129a。在自孔徑123至透鏡125的光學路徑上，配置有第2及第3反射鏡129b、129c。平臺127可含有驅動機構，該驅動機構可使用以裝載對象物的支撐臺在多個方向(例如X及Y方向)上移動。來自激光振動器121的激光脈沖光列PTRAINO，通過孔徑123而匯聚后，通過透鏡125轉換為所期望的光束徑。將經過轉換的光束徑的激光脈沖光列PTRAIN照射至半導體區(qū)域，在半導體區(qū)域的表面或內部產生多光子吸收。使用短脈沖激光照射裝置111a，以激光脈沖光列PTRAIN掃描半導體區(qū)域，由此，可在一部分或全部半導體區(qū)域內，將p型摻雜物激活。
在該短脈沖激光照射裝置111a中，優(yōu)選脈沖激光的脈沖寬度為10000飛秒以下，由此，具有可減少由激光照射導致的半導體發(fā)熱的優(yōu)點。此外，優(yōu)選脈沖激光的脈沖寬度為100納秒以下，由此，具有可抑制隨激光照射而產生的晶格振動的增大且可進一步減少半導體的發(fā)熱的優(yōu)點。
短脈沖激光照射裝置111a可含有電磁場產生設備131，該電磁場產生設備形成以橫切搭載在平臺127上的外延基板的方式施加的電磁場(電場以及磁場的至少任一)。當使p型摻雜物激活時，使用該電磁場產生設備131，可向半導體區(qū)域施加電場以及磁場中至少任一方。經過光學反應的氫與所施加的電磁場相互作用，從而易被抽出至半導體區(qū)域之外。例如，在半導體區(qū)域(陽極側)與孔徑(接地側)間，通過施加例如3V電壓的偏壓，可高效將氫抽出至外部。
圖4的區(qū)域(A)以及(B)是本實施方式的一變形例，表示將半導體區(qū)域內的摻雜物激活，且形成p型半導體區(qū)域的方法的圖。如圖4的區(qū)域(A)所示，在有機金屬氣相外延裝置101等成膜裝置內配置基板103，且在基板103上，依次成長GaN緩沖膜133、無摻雜GaN膜135、InGaN膜137、以及含有p型摻雜物的AlGaN膜139，從而形成外延基板E2。這些膜的具體例中有基板103600微米的C面藍寶石基板GaN緩沖膜13325納米無摻雜GaN膜1352微米InGaN膜13750納米AlGaN膜139350納米。
作為p型摻雜物，可使用鎂、鋅等。在半導體膜139中，除p型摻雜物外，還含有包含在原料氣體中的氫。
如圖4的區(qū)域(B)所示，在短脈沖激光照射裝置111配置外延基板E2。將激光LB1照射至外延基板E2的一部分或全部表面，利用多光子吸收過程，將p型摻雜物激活。作為用于激光照射的激光源，使用例如鈦藍寶石飛秒激光。
激光的波長λ700～900納米激光的脈沖寬度100飛秒以下激光輸出1納焦耳～10毫焦耳。
作為樣本的移動速度，可使用例如X方向移動速度每秒2.3毫米Y方向移動平臺寬度3微米。
其結果是，形成p型GaN膜139a。如本實施所示，利用多光子吸收的p型摻雜物激活不僅對在GaN膜，還使AlGaN膜中的p型摻雜物激活。如本實施方式所示的方法，并非僅限在GaN以及AlGaN膜，還可使用其它III族氮化物InGaN、AlInGaN、AlN、InN等。此外，不僅限在上述內容，上述方法還可用于硅、金剛石、非結晶碳、碳納米管、碳納米錐、硅鍺等IV半導體，ZnSe、ZnS、ZnTe、CdSe、CdTe等II-VI族化合物半導體，GaN、AlN、GaAs、GaP、AlP、AlAs、InP、InAs、AlSb、GaSb、InSb等III-V族化合物半導體中。進而，出現(xiàn)因氫的鈍化而導致受體非激活的現(xiàn)象，對在Si、GaAs、InP、AlGaInP等材料，本發(fā)明也可廣泛應用。
圖5是表示變形例的短脈沖激光照射裝置的構成的圖。在短脈沖激光照射裝置111b中，平臺127設在氣密容器143內。透鏡125安裝在氣密容器143中，激光脈沖光通過透鏡125射入位于平臺127上的半導體區(qū)域。氣密容器143中具有供給路徑145a以及排氣路徑145b，由此可提供氮氣環(huán)境等所期望的氣體環(huán)境。此外，含有壓力計147，以此可監(jiān)視氣體環(huán)境的壓力。
圖6是表示通過本實施方式的方法而激活的半導體膜特性的圖。根據其結果，依據本實施方式，將脈沖激光照射至半導體區(qū)域時，半導體區(qū)域的載體濃度的值與之前通過熱退火而激活的半導體區(qū)域的載體濃度的值相比，實質上相等或者較大。
圖7的區(qū)域(A)是表示使用本實施方式的方法激活的半導體膜特性的圖。激光束的脈沖寬度的范圍為30飛秒(fs)～500納秒(ns)以下，此外，使用各種照射條件，將激光束照射至半導體區(qū)域，測定被照射的半導體區(qū)域的載體濃度以及電阻率。根據這些結果，與之前通過熱退火而激活的半導體區(qū)域的載體濃度相比，本實施方式的半導體區(qū)域的載體濃度為實用的值。
圖7的區(qū)域(A)是表示使用本實施方式的方法進行激活時所需的激光照射中的樣本溫度、脈沖寬度、氣體環(huán)境種類的圖。使用熱敏型密封帶和放射溫度計、以及嵌入樣本支撐夾具的熱電偶，測定該溫度。氣體環(huán)境的溫度為攝氏27度。
圖7的區(qū)域(B)是表示激活了的半導體膜的特性的圖。圖7的區(qū)域(B)是表示使用圖7的區(qū)域(A)所示的條件，受激光照射的半導體區(qū)域的載體濃度以及電阻率的圖。在攝氏19度的室溫下進行載體濃度以及電阻率的測定。以下說明區(qū)域(B)中所示的結果。
條件1在500ns(以及長于500ns)的脈沖寬度的激光束照射下，載體濃度上升，因此，半導體區(qū)域的p型摻雜物被激活。通過激光束的照射，半導體區(qū)域的溫度上升至攝氏500度。
條件2在100ns(100ns以下)的脈沖寬度的激光束照射下，載體濃度還上升，因此，半導體區(qū)域的p型摻雜物被激活。通過激光束的照射，導致半導體區(qū)域的溫度上升。條件2下的激活同等于或優(yōu)于條件1下的激活。在這些條件(條件1、條件2)下，通過激光的照射，半導體區(qū)域的表面具有數百攝氏度以上的高溫。
條件3～8在100000fs以下的脈沖寬度下，通過激光的照射，半導體區(qū)域表面的溫度至少上升到攝氏200度以下的表面溫度。在該程度的溫度下，實施上無熱的影響，產生摻雜物的激活。電阻率隨激光束的脈沖寬度變小而變小。即，通過激光束的照射，活性度大幅度提高。特別是，在通過10000fs以下的短脈沖激光的照射下，實質上不會因激光的照射而導致半導體區(qū)域表面溫度上升，并可在無熱的影響的狀態(tài)下將半導體區(qū)域激活。本實施方式下的半導體區(qū)域的載體濃度的值實質上等于或大于通過熱退火而激活時的值。
以上，在本實施方式中，為將半導體膜內的摻雜物激活，而在含有氫以及摻雜物的半導體區(qū)域，通過照射激光而將摻雜物激活，該激光具有可引起利用多光子吸收過程的光學反應的光強度，且該多光子吸收過程使上述氫自摻雜物及氫的結合物的至少一部分中分離。
如以上說明，根據本實施方式，照射短脈沖的激光，因此，在半導體區(qū)域，不會產生如使半導體區(qū)域的特性熱性惡化的溫度上升。此外，對于因適當選擇了脈沖寬度以及激光強度的激光的照射而引起的多光子吸收反應，使用激活法，故而激光的波長無限制。由于是使用短脈沖激光的光學性反應，故不會出現(xiàn)因激光而導致半導體區(qū)域受損傷的情況。此外，若向半導體區(qū)域施加電磁場，可促進氫的脫離。
此外，在半導體元件，與熱退火不同，沒有溫度的上升，因此，不會因激活而使半導體元件的特性惡化。通過掃描激光而描繪圖案，可選擇性地激活用于半導體元件的半導體區(qū)域中所期望的部分。此外，除激光所照射的半導體表面，還可選擇性地將自半導體表面分離的內部激活。激活了的區(qū)域的氫濃度小于其它區(qū)域的氫濃度，其差值為例如1×1017(at/cm3)以上、4×1020(at/cm3)左右。此外，被激活的區(qū)域的載體濃度大于其它區(qū)域的載體濃度，其差值為例如1×1016(cm-3)以上、2×1018(cm-3)左右。
(第2實施方式)以下，說明第2實施方式下p型GaN半導體膜的制造方法。該制造方法具備以下步驟(A)、(B)(A)第1步驟準備添加有Mg且含有氫的GaN系半導體膜(B)第2步驟對該GaN系半導體膜照射短脈沖激光。
首先，對步驟(A)加以說明。圖8是包含GaN系半導體膜的基板的側視圖。在本例中，GaN系半導體膜是形成在藍寶石基板(支撐基板)10上的GaN層2。在該步驟(A)中，依次執(zhí)行以下步驟(A1)以及(A2)。
(A1)基板清潔化步驟將藍寶石基板10置于有機金屬氣相外延(MOVPEMetal OrganicVapour Phase Epitaxy)裝置。在MOVPE法中，使用TMG(三甲基鎵)、TMA(三甲基鋁)、TMI(三甲基銦)等有機金屬材料以及NH3(氨)氣等，在配置于MOVPE裝置的反應腔室內的基板上，外延成長含有Ga、Al、In的至少一種元素的氮化物膜(例如III族氮化物)。MOVPE裝置具備基板加熱用的加熱器。將基板配置在MOVPE裝置后，將基板升溫至攝氏1100度，對基板的表面進行熱清潔。還可使用GaN基板等替代藍寶石基板10。
(A2)GaN層形成步驟在MOVPE裝置中，在藍寶石基板10上形成GaN層2。GaN層2例如為0.5微米。該成膜的原料氣體例如為NH3、TMG，基板溫度例如為攝氏1100度，原料氣體的供給時間例如為30分鐘。GaN層2成長時，供給用于p型摻雜物的二茂鎂(ビスシクロペンタデイエニルマグネシウム，Cp2Mg)。GaN層2的鎂(Mg)濃度為1×1020cm-3。
圖9是包含其它GaN系半導體膜的基板的側視圖。在本例中，GaN系半導體膜為形成在基板10上的GaN層2以及InGaN層4。該步驟(B)中，依次執(zhí)行以下的步驟(B1)、(B2)、(B3)。
(B1)基板清潔化步驟例如，可與上述步驟(A1)相同。
(B2)GaN層形成步驟例如，可與上述步驟(A2)相同。
(B3)InGaN層形成步驟在MOVPE裝置中，在GaN層2上形成InGaN層4。InGaN層4的厚度為0.5微米。該成膜的原料氣體例如為NH3、TMG、TMI，基板溫度例如為攝氏800度，原料氣體供給時間例如為3分鐘。InGaN層4成長時，供給用于p型摻雜物的Cp2Mg。InGaN層4的鎂(Mg)濃度為1×1020cm-3。
接著，對步驟(C)加以說明。
在常溫、常壓的氣體(本例中為N2)環(huán)境中配置上述基板，將短脈沖激光照射到GaN系半導體上。短脈沖激光的脈沖寬度例如為100fs以下，因此，使用飛秒激光。
在該方法中，將短脈沖激光(例如飛秒激光)照射至添加有Mg的GaN系半導體膜，因此，能以至少攝氏100度以下的低溫將Mg激活，從而可制造具有優(yōu)良特性的p型GaN系半導體膜。該p型摻雜物激活是通過氮化鎵內的氫原子在短脈沖激光(例如飛秒激光)的照射的作用下自Mg離解而產生的。即，因存在自MOCVD法等中所使用的硅烷(SiH4)或氨(NH3)中所取入的氫(H)，使得Mg不會激活。故而，照射飛秒激光后，氫離解，結果導致Mg激活。
此外，通過該方法，伴隨溫度上升而省略用于Mg激活的熱退火步驟，并可抑制活性層的惡化，因此，當將該半導體膜用于發(fā)光元件的情形時，發(fā)光效率提高。
第2步驟是在室溫下進行。Mg是以低溫(室溫)激活，因此可抑制氮(N)自半導體膜逸出。由于氮(N)難以自GaN系半導體膜的表面逸出，因此將電極設置在GaN系半導體膜等III族氮化物上時的接觸電阻會降低。作為電極材料，可使用例如Ni/Au。此外，如果所離解的氫原子殘留在GaN系半導體膜中，則電阻值增大。然而，本例中氫原子易于自GaN系半導體膜逸出至外部，可抑制電阻值的增加。
第2步驟中，還可為大氣壓，但是，優(yōu)選在含有O2的氣體環(huán)境中進行。在該情形下，氫原子與O2結合，因此，所離解的氫原子更易于自GaN系半導體膜逸出至外部。此外，還可使用Ar或N2代替O2。
另外，在上述制造方法中，作為GaN系半導體膜使用GaN層或InGaN層，但是并不限于此，還可使用AlGaN層等。AlGaN層可形成在基板1上或GaN層的表面上。在其表面上，利用MOVPE裝置，可形成0.2微米的AlGaN層。此時，使用NH3、TMG、TMA作為原料，基板溫度為攝氏1100度，原料氣體供給時間為3小時。在AlGaN層2成長時，供給用于摻雜的Cp2Mg。Mg濃度為1×1020cm-3。
(實施例1)(實驗條件)將通過(A1)步驟制造的GaN系基材作為樣本S(GaN層)。將脈沖寬度為100飛秒以下的飛秒激光照射至樣本S。光源的其它參數如下所示脈沖寬度100飛秒以下激光波長800納米透鏡f＝20試料X掃描速度每秒15.7mm試料Y步幅15微米空間輸出860毫瓦(通過功率監(jiān)視器測量)重復頻率80MHz激光強度5.9×105(W/cm2)。
樣本S固定在平臺上。通過高性能的光溫度計以及熱電偶監(jiān)視樣本S的表面溫度。樣本S的基板尺寸為10mm×10mm。樣本S配置在N2常壓環(huán)境中。不加熱樣本S，向其照射飛秒激光。通過平凸非球面透鏡，激光以約50微米的光束徑聚光。驅動平臺，掃描樣本S的表面上寬度為5mm的區(qū)域。激光束的掃描過程中，監(jiān)視器溫度穩(wěn)定在攝氏18度±2度(自16度至20度)的范圍內。GaN層(評價及結果)測定飛秒激光照射后的樣本S的霍爾效應。圖10是表示孔徑密度(cm-3)與測定時的電流(mA)間的關系的圖表。該圖表表示存在1.5×1017cm-3左右的載體。圖11是表示電阻率(歐姆·cm)與測定時的電流(mA)間的關系的圖表。根據該圖表，電阻率為60歐姆·cm。
作為比較實驗，對使用加熱爐實施退火(anneal)后的樣本以及照射飛秒激光后的樣本S，測定電壓(V)/電流(A)特性。退火溫度為攝氏700度，退火時間為1分鐘。
圖12是表示退火后的樣本以及飛秒激光照射后的樣本S的電壓(V)/電流(A)特性的圖表。其是利用TLM(Transmission Line Model，傳輸線模型)法而獲得。例如使用Ni/Au作為電極材料。退火后的樣本(虛線)的接觸電阻為1×10-3Ω·cm2，使用加熱爐照射飛秒激光后的特性(實線)的接觸電阻為2×10-4Ωc·m2。由此可知，通過飛秒激光照射，不會使樣本溫度上升，而會使得接觸電阻降低。
圖13是表示經使用了HeCd激光的PL測定所得的強度的波長依存性的圖表。以雙點劃線表示激光照射前的樣本(as-grown)的數據，以虛線表示上述退火后的樣本的數據，以實線以及單點劃線表示激光照射后的樣本S的數據。根據圖13，與使用加熱爐實施退火的樣本的PL強度相比，照射了激光的樣本的PL強度較大，因此，可實現(xiàn)激活的提高，并且，幾乎無PL光譜的半價寬的增加，故而，表示結晶性的惡化得以抑制。
(第3實施方式)圖14的區(qū)域(A)是表示第3實施方式的氮化物半導體元件的圖。圖14的區(qū)域(B)是表示第3實施方式的一變形例的氮化物半導體元件的圖。
參照圖14的區(qū)域(A)，氮化物半導體元件1具備作為III族氮化物基板的基板3、半導體區(qū)域5、以及III族氮化物半導體層7。半導體區(qū)域5，在一實施例中，含有第1III族氮化物半導體，該第1III族氮化物半導體層可由銦元素、鎵元素、鋁元素中至少任一中元素與氮元素形成的化合物半導體而構成。III族氮化物半導體層7是活性區(qū)域，例如，可通過含有鎵原子以及銦元素中的至少一方、以及氮原子的半導體構成。該活性區(qū)域設置在III族氮化物基板3與半導體區(qū)域5之間。在半導體區(qū)域5中含有p型摻雜物，p型摻雜物為鎂或鋅。鎂以及鋅在III族氮化物半導體領域中具有p型摻雜物的作用。通過短脈沖激光的照射，將p型III族氮化物的半導體區(qū)域5的p型摻雜物激活。
若脈沖寬度較短，則激光脈沖光的照射過程中激光脈沖光的能量在半導體膜熱擴散的現(xiàn)象較少，因此，所照射的激光的能量利用效率得到提高。為產生能產生多光子吸收的激光，可使用仿真脈沖、Q開關、模式同步振蕩激光。例如，可使用YAG激光、纖維激光、鈦藍寶石激光、準分子激光等。
脈沖寬度為納秒級的情形時，如果介質的線形吸收較小，則存在成為高電場的介質內產生等離子體的情形，但是，在脈沖寬度為皮秒級以下的情形時，即便在材料的線形吸收較小時，還可抑制等離子體的產生(因為等離子體產生在100皮秒～1納秒的時間規(guī)模)。此外，通過使用100ns以下的脈沖寬度的激光，可降低電子與晶格間的相互作用(聲子耦合)，進一步優(yōu)選具有100ps以下的脈沖寬度的激光，例如，若使用皮秒激光、飛秒激光，則能夠更有效地避免聲子耦合。由此，可將聲子耦合所引發(fā)的熱改性等控制在最小限度。
根據上述說明，如果使用本激光，則無須使用加熱爐，可將III族氮化物的半導體區(qū)域5中的p型摻雜物激活，因此，可提供無因激活而導致的熱影響的半導體元件。
氮化物半導體元件1可包含設置在III族氮化物基板3上的第1包覆層11以及第2包覆層13?；钚詤^(qū)域7設置在第1包覆層11與第2包覆層13之間。第1包覆層11可例如通過無摻雜或n型InGaN半導體構成。第2包覆層13可例如通過無摻雜或p型InGaN半導體構成。通過短脈沖激光的照射，可將p型InGaN半導體中的p型摻雜物激活。
氮化物半導體元件1中，基板3可通過例如導電性III族氮化物構成，例如可由n型半導體構成。氮化物半導體元件1可含有設置在III族氮化物基板3上的III族氮化物半導體層15。III族氮化物半導體層15可通過例如與III族氮化物基板材料相同的半導體材料構成，具體地說，可通過GaN半導體構成。
氮化物半導體元件1可含有設置在III族氮化物基板3上的接觸層17。接觸層17可由例如p型GaN半導體構成。通過短脈沖激光的照射，將p型GaN半導體中的p型摻雜物激活。在接觸層17與包覆層13之間設置半導體區(qū)域5。
氮化物半導體元件1可包含設置在接觸層17上的陽極電極19，此外，可包含設置在III族氮化物基板3的內面3a上的陰極電極21。在氮化物半導體元件1中，自III族氮化物半導體層15向活性區(qū)域7提供電子以及空穴的一方的載體，自半導體區(qū)域5向活性區(qū)域7提供電子以及空穴的一方的載體，這些載體封閉在活性區(qū)域7內?；钚詤^(qū)域7產生光。
III族氮化物基板3可為例如氮化鎵基板，除此之外，可使用氮化鋁基板、藍寶石基板。半導體區(qū)域5內的第1的III-V化合物半導體層為例如III族氮化物半導體層，包括GaN半導體、InGaN半導體、InGaAlN半導體層、AlN?；钚詤^(qū)域7內的III族氮化物半導體層由例如InGaN半導體構成。
參照圖14的區(qū)域(B)，氮化物半導體元件1a具備III族氮化物基板3、半導體區(qū)域5、以及量子阱區(qū)域9。量子阱區(qū)域9包含阱層9a以及阻擋層9b。阱層9a由第1 InX1AlY1Ga1-Y1-X1N半導體(0＜X1＜1、0≤Y1＜1、0＜X1+Y1＜1)構成，阻擋層9b由第2 InX2AlY2Ga1-Y2-X2N半導體(0＜X2＜1、0≤Y2＜1、0＜X2+Y2＜1)構成。如圖14的區(qū)域(B)所示，阻擋層9b對阱層9a提供電位屏障。量子阱區(qū)域9設置在III族氮化物基板3與半導體區(qū)域5之間。半導體區(qū)域5可包含銦元素、鎵元素、鋁元素的至少任一種與氮元素的化合物所構成的第1半導體層5a。
在該III族氮化物半導體元件，不使用加熱爐，而使用光子吸收，可將III族氮化物半導體區(qū)域中的p型摻雜物激活，因此，可提供無熱性能惡化的量子阱構造9。
氮化物半導體元件1a可為發(fā)光二極管或激光二極管等半導體發(fā)光元件，發(fā)光二極管，例如由如下所示部分構成III族氮化物基板3n型GaN基板、III族氮化物半導體層15Si摻雜n型GaN半導體、2微米第1包覆層11無摻雜In0.01Ga0.99N半導體、15納米量子阱構造95周期阱層9a無摻雜In0.15Ga0.85N半導體、1.6納米阻擋層9b無摻雜In0.01Ga0.99N半導體、15納米第2包覆層13無摻雜In0.01Ga0.99N半導體、15納米III族氮化物半導體層5Mg摻雜p型AlGaN半導體、20納米(Mg通過短脈沖激光的照射而激活)接觸層17Mg摻雜p型In0.01Ga0.99N半導體、50納米(Mg通過短脈沖激光的照射而激活)電極(陽極)Ni/Au電極(陰極)Ti/Al。
如上所述，通過本實施方式，提供包含p型III族氮化物半導體區(qū)域的III族氮化物半導體元件，該p型III族氮化物半導體區(qū)域是不通過加熱將III族氮化物半導體區(qū)域中的p型摻雜物激活，而是利用多光子吸收將其激活。
(第4實施方式)圖15的區(qū)域(A)、區(qū)域(B)以及區(qū)域(C)是表示第4實施方式的氮化物半導體元件的形成方法的步驟的圖。圖16的區(qū)域(A)、區(qū)域(B)以及區(qū)域(C)是表示該實施方式的氮化物半導體元件的形成方法的步驟的圖。
準備III族化合物導電性基板。III族化合物導電性基板如圖15的區(qū)域(A)所示，可為例如氮化鎵基板31。對氮化鎵基板31，使用氨氣(NH3)進行前處理。該前處理的溫度可為例如攝氏1100度。接著，在氮化鎵基板31上形成氮化鎵(GaN)膜33。氮化鎵(GaN)膜33具有例如n型導電性。使用例如有機金屬氣相外延裝置，成長氮化鎵膜33。成膜溫度為例如攝氏1150度。其膜厚為例如約2微米。
接著，如圖15的區(qū)域(B)所示，在氮化鎵膜33上，形成第1包覆膜35。第1包覆膜35可為例如In0.01Ga0.99N半導體膜，該InGaN半導體膜可為無摻雜。其成膜溫度可為例如攝氏800度。其膜厚為例如15納米。
然后，在III族化合物導電性基板上形成含有III族氮化物半導體層的活性區(qū)域37?；钚詤^(qū)域37含有包含銦元素及鎵元素的氮化物半導體層，例如可含有InGaN半導體層。在適宜的實施例中，如圖15的區(qū)域(C)所示，活性區(qū)域37可具有量子阱構造。該活性區(qū)域37可含有阱膜39以及阻擋膜41。各阱膜39以及阻擋膜41可分別為InGaN半導體膜。阱膜39例如可為無摻雜In0.15Ga0.85N半導體膜，阻擋膜41例如可為無摻雜In0.01Ga0.99N半導體膜。在該量子阱構造中，交替反復5周期形成這些阱膜39以及阻擋膜41。阱膜39以及阻擋膜41的成膜溫度例如可為攝氏800度。
接著，如圖16的區(qū)域(A)所示，在活性區(qū)域37上形成第2包覆膜43。第2包覆膜43例如可為In0.01Ga0.99N半導體膜，該InGaN半導體膜可為無摻雜。其成膜溫度可為例如攝氏800度。其膜厚為例如15納米。
然后，如圖16的區(qū)域(B)所示，在第2包覆膜43上形成第3包覆膜。第3包覆膜含有鎂等p型摻雜物。此外，第3包覆膜為III-V化合物半導體膜45。III-V化合物半導體膜45可例如由鎵元素、鋁元素中至少一方與氮元素的化合物構成。第3包覆膜的成膜溫度例如為攝氏1100度左右。其膜厚可為例如20納米。
然后，如圖16的區(qū)域(C)所示，在第3包覆膜上形成接觸膜47。接觸膜47為III-V化合物半導體。接觸膜47的半導體具有比第3包覆膜的半導體帶隙小的帶隙，例如可由含有鎂摻雜物的GaN半導體形成。此外，以攝氏1100度左右的溫度形成接觸膜47的半導體。
形成添加有p型摻雜物的III族氮化物半導體區(qū)域45、47后，對該III族氮化物半導體區(qū)域45、47，使用短脈沖激光照射裝置51照射短脈沖激光53。通過該照射，氫55自III族氮化物半導體區(qū)域45、47脫離，且在III族氮化物半導體區(qū)域45、47內形成已激活的p型摻雜物57?？蔁o需使用加熱爐，而將III族氮化物半導體區(qū)域45、47中的p型摻雜物激活。
如上所述，例如，飛秒激光與晶格振動的緩和時間相比較快，通過每一脈沖的照射，原子級別完成離解，因此可將聲子耦合所導致的溫度上升控制在最小限度。短脈沖光源還對氫原子的脫離有效。
此外，不存在為使氫自p型摻雜物的鎂離解而使用熱或紅外線等提高溫度的情形。由此，可提供形成p型III族氮化物半導體區(qū)域的方法。
該方法中的短脈沖光源如上所述。然后，在接觸膜47上形成用于陽極電極的電極膜。在基板的內面31上形成用于陰極電極的電極膜。還可在形成電極之后進行短脈沖激光照射。
如以上說明，根據本實施方式，可提供并非對III族氮化物半導體區(qū)域中的p型摻雜物加熱而使其激活，而是使用多光子吸收從而形成p型的III族氮化物半導體區(qū)域的方法。
(實施例1)在適宜的實施例中，在感受器上配置半絕緣性GaN基板，如下所述，通過有機金屬氣相外延法制作p型半導體層。原料中使用三甲基鎵、氨、雙環(huán)戊二烯基乙基鎂(ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム)。首先，在攝氏1100度的溫度下，導入氫氣(H2)與氨氣(NH3)進行清潔。在成長溫度攝氏1150度下，成長2微米的GaN層后，以攝氏1100度為成長溫度，成長厚度為50納米的Mg摻雜GaN膜。
將以上述方式所成長的p型半導體層設置在短脈沖激光照射裝置中，對試料照射空間輸出為0.4～3.8W的飛秒激光，進行低電阻化。作為空穴測定的結果，Mg摻雜GaN膜表現(xiàn)p型導電性。
(實施例2)在其它實施例中，在感受器上配置藍寶石基板，如下所述，通過有機金屬氣相外延法制作p型半導體層。原料中使用三甲基鎵、氨、雙環(huán)戊二烯基乙基鎂。首先，在攝氏1100度的溫度下，導入氫氣(H2)進行清潔，然后，在成長溫度攝氏475度下，成長25納米的低溫緩沖層，以攝氏1160度的成長溫度，成長2微米的GaN層，然后，以攝氏1110度的成長溫度，成長厚度為500納米的Mg摻雜GaN層。
將以上述方式所成長的p型半導體層設置在短脈沖激光照射裝置51中，對試料照射空間輸出為0.4～3.8W的飛秒激光，進行低電阻化。作為空穴測定的結果，Mg摻雜GaN膜表現(xiàn)p型導電性。
(實施例3)在進一步其它實施例中，在感受器上配置n導電性GaN基板，如下所述，通過有機金屬氣相外延法，制作藍色發(fā)光二極管構造。原料中使用三甲基鎵、三甲基鋁、三甲基銦、氨氣、硅烷、雙環(huán)戊二烯基乙基鎂。首先，在攝氏1100度的成長溫度下，成長2微米的n型GaN層后，將溫度降至攝氏800度，成長由厚度為1.6納米的In0.16Ga0.84N的阱層與厚度為15納米的In0.01Ga0.99N的阻擋層構成的5MQW活性層，將溫度升至攝氏1100度后，成長20納米的Mg摻雜Al0.12Ga0.88N，進而成長50納米的p型接觸GaN膜。
將以上述方式所成長的LED外延結構設定在短脈沖光照射裝置中，對試料照射空間輸出為0.4～3.8W的飛秒激光，進行低電阻化，且在p型GaN層上形成半透明陽極電極，在GaN基板上外延層的相反側形成陰極電極，制作藍色發(fā)光二極管。對該發(fā)光二極管施加連續(xù)電流后，與不使用自相同晶片取出的短脈沖激光而通過熱退火進行低電阻化的試料相比，可獲得較高的光輸出。此外，作為在低電阻化的前后進行XRD測定的結果，與通過其它方法將摻雜的試料激活相比，通過使用短脈沖激光而激活的試料，可觀測到更高層次的附屬物。其結果表示，能夠以結晶性不惡化的方式進行低電阻化。
在適宜的實施方式中圖示說明本發(fā)明的原理，但是，本領域技術人員可以意識到，本發(fā)明可不偏離該原理而在配置以及詳細內容中進行變更。本發(fā)明并不限于本實施方式所公開的特定構成。例如，作為半導體元件，雖以上說明有半導體發(fā)光元件，但半導體元件并不限于此。此外，在實施方式中，對將一部分或全部氮化鎵系半導體區(qū)域內的摻雜物激活而形成p型氮化鎵系半導體區(qū)域的方法加以說明，但該摻雜物激活的方法并不限于氮化鎵系半導體，還可用于通過III-V族半導體、II-VI族半導體以及IV族半導體中至少一個以上構成的半導體。因此，在權利要求
范圍及其精神范圍內的所有修正以及變更均屬于本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種將半導體內的p型摻雜物激活而形成p型半導體區(qū)域的方法，其特征在于，具備以下步驟在由III-V族半導體、II-VI族半導體及IV族半導體中的任一半導體構成且含有氫以及p型摻雜物的半導體區(qū)域上，照射激光，利用多光子吸收過程，將上述p型摻雜物激活。
2.如權利要求
1所述的方法，其中，上述半導體區(qū)域為氮化鎵系化合物半導體區(qū)域，上述p型摻雜物為鎂及鋅的至少任一方。
3.如權利要求
1或2所述的方法，其中，上述激光為具有100納秒以下的脈沖寬度的脈沖激光。
4.如權利要求
1或2所述的方法，其中，上述激光為具有10000飛秒以下的脈沖寬度的脈沖激光。
5.如權利要求
1至4中任一項所述的方法，其中，在將上述p型摻雜物激活的上述步驟中，將電場以及磁場的至少一方施加到上述半導體區(qū)域上。
6.如權利要求
1至5中任一項所述的方法，其中，上述激光的波長大于與上述半導體區(qū)域材料的帶隙能量對應的波長。
7.如權利要求
1至6中任一項所述的方法，其中，上述激光為具有104W/cm2以上強度的激光。
8.如權利要求
1至7中任一項所述的方法，其中，在將上述p型摻雜物激活的上述步驟中，通過使用了上述激光的直描，在上述半導體區(qū)域內使激活區(qū)域成圖。
9.一種半導體元件，其特征在于，具備由III-V族半導體、II-VI族半導體以及IV族半導體中的任一方構成、且含有氫以及p型摻雜物的半導體層，上述半導體層具有第1區(qū)域，該第1區(qū)域包含利用激光照射所產生的多光子吸收過程而被激活的p型摻雜物。
10.如權利要求
9所述的半導體元件，其中，上述半導體層包含氫濃度比上述第1區(qū)域的氫濃度大的第2區(qū)域。
11.如權利要求
10所述的半導體元件，其中，上述第1區(qū)域在上述半導體層的表面、上述半導體層的內部、以及該表面即該內部雙方成圖。
12.如權利要求
10所述的半導體元件，其中，上述第1區(qū)域的載體濃度大于上述第2區(qū)域的載體濃度。
13.如權利要求
9或10所述的半導體元件，其中，上述半導體層為III族氮化物半導體層，上述p型摻雜物為鎂及鋅的至少一方。
14.如權利要求
9至13中任一項所述的半導體元件，其中，具備n型氮化物半導體層；以及設置在上述n型氮化物半導體層與上述半導體層之間的活性層。
專利摘要
本發(fā)明提供一種p型半導體區(qū)域的形成方法，其在有機金屬氣相外延裝置101等成膜裝置內配置基板103，在基板103上依次成長GaN緩沖膜105、無摻雜GaN膜107、以及包含p型摻雜物的GaN膜109，形成外延基板E1。半導體膜109中，除p型摻雜物之外，還含有包含在原料氣體中的氫。接著，在短脈沖激光照射裝置111中配置外延基板E1。對外延基板E1的表面的一部分或全部照射激光L
文檔編號H01L21/268GK1993807SQ200580026731
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月2日
發(fā)明者田邊敬一朗, 吉本晉 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan