[实用新型]一种具有p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p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，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有p型导电沟道的半导体器件，旨在解决如何使半导体器件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p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，所述高阻金刚层的上表面形成有C-H键；所述高阻金刚石层的上表面设有具有受主特性的一层或多层异质单质或化合物作为受主层，在所述高阻金刚石层与所述受主层的界面处形成一个异质结，在所述高阻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。

进一步地，在所述高阻金刚石层与受主层之间设有外延金刚石层。

进一步地，所述具有受主特性的一层或多层异质单质或化合物的厚度为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，所述外延金刚石层的厚度为10nm-1μm。

进一步地，所述高阻金刚石层表面粗糙度为1nm。

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，利用具有C-H终端的金刚石与受主层的极化作用，形成二维空穴气。掺杂是由材料本身的极化效应导致，受温度影响几可忽略，在极低温度下亦保持较稳定的掺杂效率；而杂质电离散射的消除也大大的提高了材料中的载流子迁移率，从而使得半导体器件中的载流子迁移率得到了提高。

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、受主层3、二维空穴气4、外延金刚石层5、金刚石与受主层的界面6。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。