[發(fā)明專利]ppn型發(fā)光晶體管及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710028069.5
• 申請日: 2007-05-21
• 公開（公告）號: CN101060154A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭志友;張建中;孫慧卿;范廣涵
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PPn型發(fā)光晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

II-VI族和III-V族化合物具有直接帶間躍遷的半導(dǎo)體發(fā)光材料，材料的發(fā)光波長覆蓋從紅外到紫外整個波段。

在現(xiàn)有技術(shù)中，LED基本結(jié)構(gòu)是由P型電極、有源發(fā)光區(qū)和N型電極構(gòu)成。將LED的P端和N端接入電路中，通過恒流源供電，調(diào)節(jié)LED的端電壓即可控制LED的發(fā)光強(qiáng)度，在LED顯示屏技術(shù)中，一般采用控制LED發(fā)光時間占空比的方法控制發(fā)光強(qiáng)度，即通過控制發(fā)光時間與不發(fā)光時間的比例來調(diào)節(jié)發(fā)光效果。但是，這種調(diào)節(jié)方法，需要使用晶體管提供灌電流輸入，產(chǎn)生大量的熱，同時調(diào)節(jié)起來相對不是很方便。

目前，還沒有成熟的制造發(fā)光晶體管的技術(shù)，尚處于初始研究階段。主要方法有：一種是按照傳統(tǒng)晶體管原理制造的NPN型發(fā)光晶體管器件，既利用器件的p型摻雜區(qū)發(fā)光，同時又作為基區(qū)進(jìn)行控制，但是，由于基區(qū)很薄，絕大部分電子沒有及時與基區(qū)中的空穴復(fù)合發(fā)光，而是直接穿過基區(qū)到達(dá)了n型摻雜集電區(qū)，大部分電子用來放大基區(qū)電流，只有少數(shù)電子參與發(fā)光，發(fā)光效率不高。另一種是實(shí)空間轉(zhuǎn)移發(fā)光晶體管，是通過源極和漏極之間加正向電壓時，電子在源極和漏極被加速到一定的能量后，就可以通過實(shí)空間轉(zhuǎn)移效應(yīng)，進(jìn)入有源區(qū)，與柵極注入到有源區(qū)的空穴復(fù)合發(fā)光，但是，由于實(shí)空間轉(zhuǎn)移效應(yīng)的電子注入效率非常低，因此這種發(fā)光晶體管的發(fā)光效率也非常低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有發(fā)光晶體管的發(fā)光效率低的缺陷，提供一種基于III-V族化合物或者II-VI族化合物的高發(fā)光效率的ppn型發(fā)光晶體管。

本發(fā)明的另一個目的是提供上述ppn型發(fā)光晶體管的制備方法。

本發(fā)明的ppn型發(fā)光晶體管包括襯底、形成于襯底上的緩沖層、形成于緩沖層上的n型布拉格反射層、形成于n型布拉格反射層上的n型電子發(fā)射層、與n型電子發(fā)射層歐姆接觸的發(fā)射電極、形成于n型電子發(fā)射層上的多量子阱有源發(fā)光層、形成于多量子阱有源發(fā)光層上的窄帶隙p^-型基區(qū)層，與p^-型基區(qū)層通過歐姆接觸形成的電極、通過突變同型異質(zhì)結(jié)接觸形成于p^-型基區(qū)層之上的寬帶隙p⁺型摻雜的集電極層以及與p⁺型集電極層歐姆接觸的電極。

所述窄帶隙p^-型基區(qū)層厚度優(yōu)選50—150nm。

所述襯底優(yōu)選藍(lán)寶石、硅、炭化硅、砷化鎵或二氧化硅材料。

本發(fā)明中，III-V族化合物材料可以采用III族的Ga(鎵)或Al(鋁)元素，以及V族的N(氮)、As(砷)等元素組成的化合物，例如，p⁺型集電極層可由GaAs攙雜Mg材料制備得到，p^-型基區(qū)層可由GaAs攙雜Mg、In材料制備得到，多量子阱有源發(fā)光層可由GaAs攙雜In材料制備得到。

II-VI族化合物材料可以采用II族Zn元素，以及VI族O元素等元素組成的化合物，例如，p⁺型集電極層、p^-型基區(qū)層可由ZnO摻雜N、As材料制備得到，多量子阱有源發(fā)光層可由ZnO摻雜Be、Al材料制備得到。

本發(fā)明的發(fā)光晶體管的結(jié)構(gòu)原理：由寬帶隙的p⁺型集電區(qū)(空穴發(fā)射區(qū))、窄帶隙的p^-型基極控制區(qū)、有源發(fā)光區(qū)和n型電子發(fā)射區(qū)組成。包括一個半導(dǎo)體化合物材料襯底，在襯底上形成緩沖層，形成n型布拉格反射層，然后是n型電子發(fā)射層，再生長多量子阱有源發(fā)光層，繼續(xù)生長窄帶隙p^-型基區(qū)層，再生長突變窄寬帶隙p⁺摻雜集電層，p^-型基區(qū)層與p⁺型摻雜集電區(qū)層通過突變同型異質(zhì)結(jié)接觸，最后形成了外延片，通過半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)制備成相應(yīng)的p⁺型電極、p^-型電極和n型電極，形成了晶體管器件。其中，在III-V族化合物中，如GaN、GaAs和GaP等材料，通過控制In材料的組分改變材料的帶隙寬度形成控制區(qū)或發(fā)光區(qū)，利用Mg材料摻雜形成p型區(qū)，Si等摻雜形成n型區(qū)。