[發明專利]間接帶隙發光器件

在審

• 申請號: 201780028588.3
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN110140209A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 彼得魯斯·約翰內斯·文特爾;馬里烏斯·歐熱內·古森;克里斯托·讓森·萬·倫斯堡;尼克拉斯·馬托伊斯·富爾
• 申請（專利權）人: 因西亞瓦(控股)有限公司
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L33/18;H01L33/26;H05B37/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 杜誠;張維克

間接帶隙發光器件包括：非單晶間接帶隙半導體材料的第一體。在第一體中，形成有兩個區：具有第一摻雜類型和第一摻雜濃度的第一區以及具有第二摻雜類型和第二摻雜濃度的第二區。在第一區與第二區之間形成有結，其中端子排布連接至第一體且被布置成對結進行反向偏置以發光。從半導體的沉積層形成第一體以形成基板的組成部分。集成電路可以包括發光器件和單晶間接帶隙半導體材料的第二體。第三體可以將第一體和第二體彼此分開并且電絕緣。

技術領域

本公開通常涉及光電器件并且更特別地涉及由間接帶隙半導體材料制造的發光器件。

背景技術

硅發光

硅是制造幾乎所有現代電子器件中的電子集成電路(IC)所選的主要材料。用于IC制造的主要制造技術是CMOS(互補金屬氧化物半導體)，CMOS利用硅的能力來外延生長用作柵極絕緣層的特別高質量的熱氧化物以在單個芯片上創建雙極性的晶體管器件。

盡管硅很適合集成電子，但由于其間接帶隙材料的特性，硅是不良的光學發射器。盡管如此，硅發光器的可行性可能是非常有用的。這已經是學術和商業的許多出版物以及大量專利公開的主題。形成集成電路的一部分的光發射器可以在各種應用中具有大的商業價值。

通常通過如下兩者任一來創建從半導體材料的光發射：1)正向偏置pn結；或2)反向偏置pn結至擊穿點，通常通過雪崩機制或齊納機制或兩者的組合，引起所謂的熱載流子電致發光的現象。在正向偏置的情況下，光發射由擴散的少數載流子的復合引起，其中發射譜在材料的大約在帶隙能量的中心處。在GaAs或其他直接帶隙材料中，這個過程相對快且高效。在間接帶隙材料例如硅和鍺中，這是非常慢且效率低的過程。當反向偏置結直到擊穿時，由于由大電場激發的高能量(熱)載流子之間的若干類型的相互作用而發生熱載流子電致發光，得到從約300納米至約1000納米的范圍的廣譜光發射。與聲子輔助電子-空穴復合不同，與間接帶隙材料的正向偏置情況相比，這個過程通常很快。

為了將這些發光器件集成至集成電路或微芯片中，必要的是，使用與用于制造晶體管和其他有源半導體器件的相似方法來在有源半導體材料中創建和配置pn結。有源器件通常指代采用pn結的器件，其中pn結被配置成基于其半導體特性執行特定功能或活動。當單片集成在芯片上時，這些器件結構被形成為靠近且抵靠單晶半導體材料的單晶(即，長程均相晶體結構)體的表面。該表面區域通常被稱為有源層或器件層，即這些有源器件所在的單晶層。由于增加的電子和空穴遷移率、決定器件性能的參數，高質量的單結晶材料(或單晶材料)優選用于有源器件。通過離子注入、氣體擴散或能夠將摻雜雜質引入單晶體的任何工藝來形成n-區和p-區。隨后，通過形成在器件層的頂部上生長或沉積的附加層來完成有源層中形成的器件，并且該有源層中形成的器件可以包括熱生長氧化物層、沉積晶體管柵極層、沉積絕緣材料層、金屬層和“過孔”結構(垂直穿過絕緣層以建立不同層之間的電接觸的結構)等以能夠電接入形成在芯片上的電子器件。

基于由所謂的初始層引入的差異，有源層可以分類為如下任一種：

1.有源層可以指靠近單晶半導體材料的本體的表面的層，其中本體的剩余部分不參與嵌入在有源層中的器件的行為。本體的剩余部分通常被稱為體或基板。這常見于或指代初始材料是一片單晶硅片的標準體CMOS制造工藝。

2.有源層可以指絕緣材料的頂部上的單晶層，該單晶層通過該絕緣層與體分開。這種處理技術的示例是絕緣體上硅(SOI)，一種包括單晶半導體材料的薄的主層的制造技術，在該薄的主層中形成與單晶體材料電絕緣的器件(在這種情況下單晶體材料用作機械穩定性的載體(handle))。這些功能由初始晶片確定。在制造期間，器件通過摻雜n-區和p-區形成，而垂直蝕刻和后續的氧化物沉積允許產生半導體“島”，該半導體“島”在特定的條件下提供優異的電性能。盡管載體通常是電氣不活動的，存在單晶體或載體可以用作次級有源體的現有技術(US 683801)。這在商業SOI制造工藝中是不常見的。

現有公開中的當前示例