[发明专利]一种垂直异质p-n结结构器件及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202010133859.5 申请日: 2020-02-28
公开(公告)号: CN111415979A 公开(公告)日: 2020-07-14
发明(设计)人: 方志来;蒋卓汛;闫春辉;吴征远;张国旗 申请(专利权)人: 深圳第三代半导体研究院
主分类号: H01L29/06 分类号: H01L29/06;H01L29/737;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/331;H01L21/02;H01L21/67
代理公司: 北京中知法苑知识产权代理有限公司 11226 代理人: 阎冬
地址: 518055 广东省深圳市*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 垂直 结构 器件 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种垂直异质p‑n结结构器件及其制备方法,属于半导体领域,所述垂直异质p‑n结结构器件包括:衬底,第一n型材料层,位于所述第一n型材料层上方的p型材料层,位于所述p型材料层上方的第二n型材料层,分别位于所述第一n型材料层上方、所述p型材料层上方、所述第二n型材料层上方的金属电极;其中,所述p型材料层由所述第一n型材料层生长所得,所述第二n型材料层由所述p型材料层生长所得,生长结束后可获得垂直方向的异质p‑n结,所述的第一n型材料层、p型材料层、第二n型材料层的载流子浓度为1×1011~1×1020/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,特别涉及一种垂直异质p-n结结构器件及其制备方法。

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,提供了一种垂直异质p-n结结构器件及其制备方法。该垂直异质p-n结结构器件包括:衬底,位于所述衬底上的第一n型材料层,位于部分所述第一n型材料层上方的p型材料层,位于部分所述p型材料层上方的第二n型材料层;分别位于所述第一n型材料层、p型材料层、第二n型材料层上的金属电极;其中所述第一n型材料层、p型材料层、第二n型材料层的载流子浓度为1×1011~1×1020/cm3

优选的,所述衬底为蓝宝石衬底、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、氮化硼衬底、石墨烯衬底或铜镍衬底。

优选的,所述第一、第二n型材料层为n型氮化镓层、n型氮化铟、n型氮化铝、n型氮化镓铝或n型氮化镓铟。

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

优选的,所述金属电极厚度为10~200nm;电极材料为金、银、铝、钛、铬、镍、铂及其合金任一种。

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