[發明專利]半導體器件及利用異質結形成金剛石n型導電溝道的方法

在審

• 申請號: 201710948671.4
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107731916A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 王晶晶;馮志紅;蔚翠;周闖杰;劉慶彬;何澤召
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/10;H01L29/16;H01L21/336
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所13120
• 代理人: 王麗巧

技術領域

本發明涉及半導體器件的制作方法技術領域，尤其涉及一種半導體器件及利用異質結形成金剛石n型導電溝道的方法。

背景技術

金剛石作為一種寬禁帶半導體材料具有高擊穿場、耐輻照、高導熱等諸多優良性能，以金剛石材料基礎的器件統稱為金剛石基器件，金剛石基器件具有工作溫度高、擊穿場強大、截止頻率高、功率密度大等優點，是未來微波大功率器件、電力電子器件以及聲表面波等器件的首選。金剛石禁帶寬度大，原子結構緊密，目前尚不能進行有效的n型摻雜。現行的制作n型導電溝道的方法是元素摻雜方法，一般采用磷元素進行n型摻雜，這種摻雜的激活效率極低，在磷摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3時，遷移率降為410cm²/Vs。

目前最好報道磷摻雜室溫電子遷移率為780cm²/Vs（室溫）。這遠不能達到金剛石的理論值，發揮出材料本身的優異特性。在這種摻雜方式的基本物理機制為雜質電離釋放多余載流子，而在低摻雜濃度下，雜質電離被強烈抑制，激活率極低，在高摻雜濃度下，引入摻雜還會導致較強的電離雜質散射，影響載流子遷移率，使載流子遷移率幾乎降至0。這些使得金剛石材料的摻雜問題成為一個世界性的難題，n型摻雜問題不解決就不能形成有效的p-n結，這將極大的限制金剛石半導體器件的發展。因此，實現有效穩定的n溝道，是推進金剛石半導體材料走向應用的主要一步。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何提供一種可使n型金剛石材料溝道內的載流子濃度和遷移率分別達到10¹³cm^-2和2000cm²/Vs的方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種利用異質結形成金剛石n型導電溝道的方法，其特征在于包括如下步驟：

在襯底上形成高阻金剛石層；

在所述高阻金剛石層的上表面沉積具有施主特性且組分緩變的三元化合物形成第一施主層，在所述金剛石層與第一施主層的界面處形成一個緩變異質結，在金剛石一側，近結處形成二維電子氣，利用二維電子氣作為n型導電溝道。

進一步的技術方案在于：所述方法還包括：在所述第一施主層的上表面沉積具有施主特性的二元化合物或者單質形成第二補償施主層，為所述緩變異質結中的第一施主層提供補償電子。

進一步的技術方案在于：所述方法還包括：在第一施主層與高阻金剛石層之間形成外延金剛石層的步驟。

進一步的技術方案在于：所述有施主特性且組分緩變的三元化合物包括：Mg_xGa_yN_z、Si_xB_yN_z、Mg_xAl_yN_z、Fe_xAl_yN_z、Mg_xGa_yO_z、Fe_xAl_yO_z、Zn_xAl_yO_z、Zn_xMg_yO_z、Mg_xGa_yF_z、Fe_xAl_yF_z、Zn_xAl_yF_z或Zn_xMg_yF_z，其中上述三元化合物的化學式中，從左到右為第一至第三種元素，使用第一種元素替代部分第二種元素，使第一種元素的組分逐漸減少，而第二種元素的組分逐漸增加，上述三元化合物中x+y=a，a為一定值，a和z的值分別與三元化合物中第二種元素以及第三種元素的化合價有關。