[发明专利]半导体器件及利用异质结形成金刚石n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异质结形成金刚石n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具有高击穿场、耐辐照、高导热等诸多优良性能，以金刚石材料基础的器件统称为金刚石基器件，金刚石基器件具有工作温度高、击穿场强大、截止频率高、功率密度大等优点，是未来微波大功率器件、电力电子器件以及声表面波等器件的首选。金刚石禁带宽度大，原子结构紧密，目前尚不能进行有效的n型掺杂。现行的制作n型导电沟道的方法是元素掺杂方法，一般采用磷元素进行n型掺杂，这种掺杂的激活效率极低，在磷掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3时，迁移率降为410cm²/Vs。

目前最好报道磷掺杂室温电子迁移率为780cm²/Vs（室温）。这远不能达到金刚石的理论值，发挥出材料本身的优异特性。在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，激活率极低，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。这些使得金刚石材料的掺杂问题成为一个世界性的难题，n型掺杂问题不解决就不能形成有效的p-n结，这将极大的限制金刚石半导体器件的发展。因此，实现有效稳定的n沟道，是推进金刚石半导体材料走向应用的主要一步。

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n型金刚石材料沟道内的载流子浓度和迁移率分别达到10¹³cm^-2和2000cm²/Vs的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种利用异质结形成金刚石n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；

在所述高阻金刚石层的上表面沉积具有施主特性且组分缓变的三元化合物形成第一施主层，在所述金刚石层与第一施主层的界面处形成一个缓变异质结，在金刚石一侧，近结处形成二维电子气，利用二维电子气作为n型导电沟道。

进一步的技术方案在于：所述方法还包括：在所述第一施主层的上表面沉积具有施主特性的二元化合物或者单质形成第二补偿施主层，为所述缓变异质结中的第一施主层提供补偿电子。

进一步的技术方案在于：所述方法还包括：在第一施主层与高阻金刚石层之间形成外延金刚石层的步骤。

进一步的技术方案在于：所述有施主特性且组分缓变的三元化合物包括：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学式中，从左到右为第一至第三种元素，使用第一种元素替代部分第二种元素，使第一种元素的组分逐渐减少，而第二种元素的组分逐渐增加，上述三元化合物中x+y=a，a为一定值，a和z的值分别与三元化合物中第二种元素以及第三种元素的化合价有关。