[发明专利]半导体器件及利用突变异质结形成金刚石p型导电沟道的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制作方法技术领域，尤其涉及一种半导体器件及利用突变异质结形成金刚石p型导电沟道的方法。

背景技术

金刚石作为一种宽禁带半导体材料，其拥有5.5eV的禁带宽度，高的热导率（其热导率为12Wcm^-1•K^-1），高的击穿场强（> 10 MV/cm），稳定的化学特性和极强的抗辐照性能，这些都使其成为制作高频、大功率、抗辐射、耐高温和电力电子器件的理想材料。而制作半导体器件的必要条件之一就是在高阻的金刚石材料上实现有效的导电沟道。现行的制作高效的p型导电沟道的方法之一就是利用表面处理在金刚石表面形成由被C-H键所覆盖的氢端基金刚石，利用C-H键与空气中近表面吸附层中的水分子和CO₂分子等极性分子相互作用，通过电子转移，在近表面形成导电p型导电沟道。由于近表面提供受主的吸附层主要是由环境中的空气提供，这就使这个近表面系统受环境影响非常大，而易受破坏，尤其是高温工作时，极性分子会解吸附，从金刚石近表面逃逸出去，从而造成p型沟道失效。

在传统元素掺杂方法，一般采用硼元素进行p型掺杂，这种掺杂方式的基本物理机制为杂质电离释放多余载流子，而在低掺杂浓度下，杂质电离被强烈抑制，激活率不足1%不足，在高掺杂浓度下，引入掺杂还会导致较强的电离杂质散射，影响载流子迁移率，使载流子迁移率几乎降至0。这两种方法都使得金刚石器件的应用受到了限制。而金刚石自身的优势正是极好的热导性能、耐高温特性和耐辐照特性，当将其用于制作耐高温器件时，p沟道热稳定性差这个短板恰恰限制了金刚石器件发挥其自身优势。因此，实现稳定的沟道，是推进金刚石高温功率器件走向应用的必经之路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可使p型金刚石材料沟道内的载流子浓度和迁移率在0℃-1000℃范围内保持稳定的金刚石p型导电沟道的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种利用突变异质结形成金刚石p型导电沟道的方法，其特征在于包括如下步骤：

在衬底上形成高阻金刚石层；

将所述高阻金刚石处理为氢终端金刚石，使其上表面具有C-H键；

在所述氢终端金刚石层的上表面形成具有受主特性的一层或多层异质单质或化合物，在所述氢终端金刚石层与受主层的界面处形成一个异质结，在所述氢终端金刚石层的一侧近结10nm-20nm处形成二维空穴气，利用二维空穴气作为p型导电沟道。

进一步的技术方案在于：所述方法在形成受主特性的一层或多层异质单质或化合物之前还包括将高阻金刚石层进行抛光处理或外延生长处理，获得光滑上表面的步骤。

进一步的技术方案在于：在衬底上利用MPCVD方法生长高阻金刚石层。

进一步的技术方案在于：所述单质为硼B、氮N、氟F、锂Li、钠Na、钙Ga、镁Mg、钾K、硅Si、锗Ge、锌Zn或铁Fe。

进一步的技术方案在于：所述化合物为B_xN_y、Ga_xN_y 、Al_xN_y、Si_xN_y，B_xN_y、Fe_xN_y、Ga_xO_y、Al_xO_y、Si_xO_y、Hf_xO_y、Fe_xO_y、B_xF_y、Ga_xF_y 、Al_xF_y、Si_xF_y、B_xF_y、Al_xGa_yN_z或Si_xB_yN_z，其中x、y和z的值为化合物中相应元素原子的个数，与相应元素的化合价有关。