[实用新型]一种具有n型导电沟道的半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体器件技术领域，更具体地说，是涉及一种具有n型导电沟道的半导体器件。

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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有n型导电沟道的半导体器件，旨在解决如何使半导体器件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的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种具有n型导电沟道的半导体器件，包括衬底，所述衬底的上表面设有高阻金刚石层，所述金刚石层的上表面设有具有施主特性且组分缓变的三元化合物形成的第一施主层，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。

进一步地，所述第一施主层的上表面设有具有施主特性的二元化合物或者单质形成的第二补偿施主层，第二补偿施主层用于为所述缓变异质结中的第一施主层提供补偿电子。

进一步地，所述第一施主层的厚度为1nm-100μm。

进一步地，所述第二补偿施主层的厚度为1nm-100μm。

进一步地，所述衬底的厚度为100μm -1000μm。

进一步地，所述高阻金刚石层的厚度为1μm -1000μm。

进一步地，在所述高阻金刚石层与所述第一施主层之间设有外延金刚石层。

进一步地，所述外延金刚石层厚度为10nm-1μm。

本实用新型提供的半导体器件的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型半导体器件利用金刚石材料表面极性键与第一施主层之间的极化作用，产生二维电子气，使载流子与施主原子相分离，不会受到散射的影响而降低迁移率，同时又利用第二补偿施主层来为第一施主层中的组分源源不断的补偿电子，来实现高迁移率和高载流子浓度的n型沟道。相较于传统的掺杂形式，这种由极化导致的掺杂形式具有较高的体迁移率和稳定的掺杂效率的先天优势，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。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一所述半导体器件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二所述半导体器件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三所述半导体器件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述半导体器件的能带原理图；

图中：衬底1、高阻金刚石层2、第一施主层3、二维电子气4、第二补偿施主层5、外延金刚石层6、金刚石层与第一施主层的界面7。

具体实施方式