[實用新型]一種具有n型導電溝道的半導體器件

有效

• 申請號: 201721313286.4
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN207217545U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 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
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所13120
• 代理人: 米文智

技術領域

本實用新型屬于半導體器件技術領域，更具體地說，是涉及一種具有n型導電溝道的半導體器件。

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。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種具有n型導電溝道的半導體器件，旨在解決如何使半導體器件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的問題。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：提供一種具有n型導電溝道的半導體器件，包括襯底，所述襯底的上表面設有高阻金剛石層，所述金剛石層的上表面設有具有施主特性且組分緩變的三元化合物形成的第一施主層，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。

進一步地，所述第一施主層的上表面設有具有施主特性的二元化合物或者單質形成的第二補償施主層，第二補償施主層用于為所述緩變異質結中的第一施主層提供補償電子。

進一步地，所述第一施主層的厚度為1nm-100μm。

進一步地，所述第二補償施主層的厚度為1nm-100μm。

進一步地，所述襯底的厚度為100μm -1000μm。

進一步地，所述高阻金剛石層的厚度為1μm -1000μm。

進一步地，在所述高阻金剛石層與所述第一施主層之間設有外延金剛石層。

進一步地，所述外延金剛石層厚度為10nm-1μm。

本實用新型提供的半導體器件的有益效果在于：與現有技術相比，本實用新型半導體器件利用金剛石材料表面極性鍵與第一施主層之間的極化作用，產生二維電子氣，使載流子與施主原子相分離，不會受到散射的影響而降低遷移率，同時又利用第二補償施主層來為第一施主層中的組分源源不斷的補償電子，來實現高遷移率和高載流子濃度的n型溝道。相較于傳統的摻雜形式，這種由極化導致的摻雜形式具有較高的體遷移率和穩定的摻雜效率的先天優勢，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。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例一所述半導體器件的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例二所述半導體器件的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例三所述半導體器件的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例所述半導體器件的能帶原理圖；

圖中：襯底1、高阻金剛石層2、第一施主層3、二維電子氣4、第二補償施主層5、外延金剛石層6、金剛石層與第一施主層的界面7。

具體實施方式