[发明专利]一种氧化水平异质p-n结结构器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化水平异质p‑n结结构器件及其制备方法，属于半导体器件领域，所述氧化水平异质p‑n结结构器件包括：衬底、n型材料层、嵌入所述n型材料层内部的p型材料层、以及n型材料层和p型材料层上表面上的金属电极。其中，通过在n型材料层上覆盖掩膜物，实现p型材料层的选择性生长，生长结束后可获得水平方向的异质p‑n结结构，所述的p型材料层载流子浓度为1×10¹¹～1×10¹⁹/cm³。该发明工艺简单，适用面广，有望扩展诸如氮化镓、氮化铟等III‑V族半导体材料的应用。

技术领域

本发明属于半导体领域，特别涉及一种水平异质p-n结结构及其制备方法。

背景技术

随着半导体行业迅速发展，氧化物半导体p-n结成为了研究的热点。由于氧化物的本征缺陷及制备技术上的限制，稳定的高性能p型空穴导电材料显得稀缺。对多数的氧化物晶体来说，其n型半导体容易形成，通过Si、Sn等原子的掺杂已经实现了对于载流子浓度在一个较大范围内的调控。

近期的研究中，p型氧化物材料已成为研究的热点，已初步实现了诸多高质量p型材料的制备。作为p型材料的重要应用之一，p-n结在电子器件领域占据了十分重要的位置，常见的p-n结制备方法有生长法、合金烧结法、离子注入法与扩散法等。生长法是指在生长单晶时，先在半导体中掺入施主型杂质，这样生长出来的部分晶体便是n型，然后再掺入受主型杂质，受主型杂质的浓度要远高于施主型杂质，这样生长出来的部分便是p型晶体。但生长法的缺陷有很多，例如工艺复杂、p-n结面不平整、掺杂控制困难等；合金法是指首先将一种导电类型杂质的合金熔化后渗入到另一种导电类型的半导体中，再通过再结晶形成p-n结。同样合金法也存在缺点，例如p-n结面不平整，结深和结面的大小不易控制等；离子注入法是指将杂质原子首先转换成电离的杂质离子，然后再将其在极强的电场下高速的射向半导体，使之进入半导体内部，达到掺杂的目的。离子注入法虽然克服了前两种方法的缺点，但是其对设备的要求极高，成本高昂，生产效率低；扩散法是目前最常用的一种制造p-n结的方法，是指利用杂质在高温下向半导体内部扩散，使得p型杂质进入n型半导体或n型杂质进入p型半导体来形成p-n结。这种方法不仅能精确控制结深和结面积，还能保持结面平整以及掺杂浓度，但扩散法在制备p-n结时引入的高温可能会造成材料的晶格缺陷增多。

这些生长方法中所面临的问题，正是半导体材料研究，特别是半导体p-n结制备相关研究的重点与难点。如何高效、便宜的制备出p-n结面平整、结深和结面大小易控、掺杂浓度易控的p-n结，不仅是氧化物半导体，也是整个半导体行业发展所面临的难题。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种水平异质p-n结结构及其制备方法，该水平异质p－n结结构包括：衬底；位于所述衬底上的n型材料层；嵌入所述 n型材料层内部的p型材料层；位于所述n型材料层与p型材料层上的金属电极；所述的p型材料层载流子浓度为1×10¹¹～1×10¹⁹/cm³。

所述水平异质p-n结结构的制备方法包括以下步骤：步骤一，在衬底上生长出n型材料层；步骤二，在n型材料层上，覆盖掩膜物；步骤三，通过热氧化的方法，在n型材料层上未覆盖掩膜物的区域，由上表面往下表面方向扩散生长载流子浓度为1×10¹¹～1×10¹⁹/cm³的p型材料层；步骤四，刻蚀去除掩膜物，使n型材料层与p型材料层的上表面露出；步骤五，在露出的n型材料层和p 型材料层的上表面沉积金属电极。

优选的，所述衬底可以为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、金刚石衬底、氮化铝衬底、氮化镓同质衬底，也可以为氮化硼、石墨烯、铜镍等柔性衬底。

优选的，所述n型材料层包括但不限于n型氮化镓、n型氮化铟、n型氮化铝、n型氮化镓铝、n型氮化镓铟等n型III-V族化合物。

优选的，所述p型材料层包括p型氧化镓、p型氧化铟、p型氧化镓铝或p 型氧化镓铟。