一种基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法及器件技术

本发明专利技术公开了一种基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法及器件，其中的方法包括如下步骤：在单晶金刚石衬底上多次交替生长金刚石P型掺杂层和本征金刚石层，形成超晶格半导体结构层；金刚石P型掺杂层和本征金刚石层的生长过程中，生长气体中甲烷所占的比例在3％～7％之间；在超晶格半导体结构层的器件表面形成氢终端；器件表面为超晶格半导体结构层中远离单晶金刚石衬底的本征金刚石层表面；在超晶格半导体结构层的器件表面上生长导电电极。本发明专利技术中的方法，能够减小制备得到的半导体器件内的位错，且能够提高其击穿电压较，减小其寄生电容。寄生电容。寄生电容。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法及器件


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及到一种基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法及器件。

技术介绍

[0002]金刚石最初作为珠宝首饰制备原料为人们所熟知。由于其优异的材料特性，近年来逐渐被应用在电力电子器件领域。金刚石材料作为超宽禁带半导体的典型代表，具有禁带宽度大、载流子浓度高、热导率高等突出优点，能够应用在高温、强辐射等极端环境中，这也使得金刚石器件逐渐在国际半导体材料和器件的研究中成为热点。
[0003]天然的金刚石产量、尺寸、质量、品质都逊色于人造金刚石，且成本较高，目前世界上主要采用高温高压(HTHP)法和化学气相沉积(CVD)法来进行人工合成金刚石。利用高温高压制备的单晶金刚石杂质含量较多,且尺寸较小，而采用化学气相沉积的方法在单晶金刚石衬底上通过同质外延生长可以制备出具有优异电学性能的高质量金刚石晶体材料。但是，在目前的金刚石外延层的生长过程中，其内部的位错线将会随着金刚石外延层的厚度叠加而不断延伸，导致金刚石外延层的质量较差，基于金刚石外延层制备得到的半导体器内的位错问题也将较为严重，影响半导体器件的性能。

技术实现思路

[0004]因此，为了解决现有技术中的金刚石外延生长方法生长得到的金刚石外延层内部的位错问题较为严重，基于金刚石外延层制备得到的半导体器件的性能较差的问题，提供一种能够有效改善半导体器件内部的位错，提高制备得到的半导体器件的质量的基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法，以及对应的基于金刚石超晶格结构的半导体器件。
[0005]为此，根据第一方面，本专利技术提供了一种基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法，包括如下步骤：
[0006]在单晶金刚石衬底上多次交替生长金刚石P型掺杂层和本征金刚石层，形成超晶格半导体结构层；金刚石P型掺杂层和本征金刚石层的生长过程中，生长气体中甲烷所占的比例在3％～7％之间；
[0007]在超晶格半导体结构层的器件表面形成氢终端；器件表面为超晶格半导体结构层中远离单晶金刚石衬底的本征金刚石层的表面；
[0008]在超晶格半导体结构层的器件表面上生长导电电极。
[0009]在一种可能的实现方式中，金刚石P型掺杂层的生长过程中，生长气体中的氢气的流量在600sccm～800sccm之间，甲烷的流量在20sccm～50sccm之间，硼烷的流量在4sccm～6sccm之间。
[0010]在一种可能的实现方式中，本征金刚石层的生长过程中，生长气体中的氢气的流量在600sccm～800sccm之间，甲烷的流量在20sccm～50sccm之间。
[0011]在一种可能的实现方式中，在超晶格半导体结构层的器件表面上生长导电电极的
步骤，具体包括：
[0012]在超晶格半导体结构层的器件表面上生长源电极和漏电极；
[0013]在超晶格半导体结构层的器件表面上生长栅极介质层；
[0014]在栅极介质层上生长栅电极。
[0015]在一种可能的实现方式中，栅极介质层延伸于源电极和漏电极的部分电连接表面上。
[0016]根据第二方面，本专利技术还提供了一种基于金刚石超晶格结构的半导体器件，包括：
[0017]单晶金刚石衬底以及生长于单晶金刚石衬底上的超晶格半导体结构层；超晶格半导体结构层包括多个交替叠设的金刚石P型掺杂层和本征金刚石层；超晶格半导体结构层中远离单晶金刚石衬底的本征金刚石层的表面为器件表面，且器件表面为氢终端表面；
[0018]导电电极，生长于超晶格半导体结构层的器件表面上。
[0019]本专利技术提供的技术方案，具有如下优点：
[0020]本专利技术提供的基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法，通过设置其中的半导体结构层为基于金刚石的超晶格半导体结构层，能够通过结构内不同掺杂浓度交替生长的金刚石层改善器件内部的位错，且能够有效的分散制备得到的半导体器件内部的电场强度、提高器件的击穿电压，降低导电电极与其下方的半导体结构层之间的寄生电容，从而能够充分发挥金刚石的性能效果、提高制备得到的半导体器件的性能；同时，通过设置超晶格半导体结构层内的金刚石P型掺杂层和本征金刚石层的生长过程中，生长气体中甲烷所占的比例在3％～7％之间，能够有效提高各金刚石P型掺杂层和各本征金刚石层的均匀性，保证制备得到的金刚石超晶格结构层的质量，进一步提高制备得到的半导体器件的性能。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例提供的一种基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法的方法流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的一种基于金刚石超晶格结构的半导体器件的结构示意图；
[0024]附图标记说明：
[0025]1‑
单晶金刚石衬底；2
‑
超晶格半导体结构层；21
‑
金刚石P型掺杂层；22
‑
本征金刚石层；31
‑
源电极；32
‑
漏电极；33
‑
栅电极；4
‑
栅极介质层。
具体实施方式
[0026]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基
于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供了一种基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
[0030]S100：在单晶金刚石衬底1上多次交替生长金刚石P型掺杂层21和本征金刚石层22，形成超晶格半导体结构层2；金刚石P型掺杂层21和本征金刚石层22的生长过程中，生长气体中甲烷所占的比例在3％～7％之间。
[0031]本实施例中，单晶金刚石衬底1可以为直接获取的预先制备的成品衬底，也可以为在本方法的执行过程中一起制备得到，具体地，单晶金刚石衬底1可以为在微波等离子体化学气相淀积设备中生长得到，同时，为了防止在超晶格半导体结构层2的生长过程中单晶金刚石衬底1出现翘曲变形，影响最终生长得到的半导体器件的质量、降低良品率，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在单晶金刚石衬底上多次交替生长金刚石P型掺杂层和本征金刚石层，形成超晶格半导体结构层；所述金刚石P型掺杂层和所述本征金刚石层的生长过程中，生长气体中甲烷所占的比例在3％～7％之间；在所述超晶格半导体结构层的器件表面形成氢终端；所述器件表面为所述超晶格半导体结构层中远离所述单晶金刚石衬底的本征金刚石层的表面；在所述超晶格半导体结构层的所述器件表面上生长导电电极。2.根据权利要求1所述的基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法，其特征在于，所述金刚石P型掺杂层的生长过程中，生长气体中的氢气的流量在600sccm～800sccm之间，甲烷的流量在20sccm～50sccm之间，硼烷的流量在4sccm～6sccm之间。3.根据权利要求1所述的基于金刚石超晶格结构的半导体的制备方法，其特征在于，所述本征金刚石层的生长过程中，生长气体中的氢气的流量在600sccm～800sccm之间，甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：操焰，吴勇，王东，陈兴，黄永，韩超，陈军飞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：