[發(fā)明專利]一種寬光譜半導(dǎo)體有源器件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910033423.6
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109755363B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 云峰;蘇喜林;李虞鋒;張敏妍;郭茂峰;李琨;趙丁
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/02;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開了一種寬光譜半導(dǎo)體有源器件及其制造方法，該有源器件包括外延基底和形成于外延基底上的多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括依次形成于外延基底上的第一半導(dǎo)體層、有源層、第二半導(dǎo)體層，以及分別與第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層直接或間接電連接的第一電極和第二電極。該制造方法包括步驟：制作外延結(jié)構(gòu)；暴露出全部或部分第一半導(dǎo)體層，在暴露的第一半導(dǎo)體層上制作第一電極，在第二半導(dǎo)體層表面制作第二電極。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體有源器件的寬光譜和多光譜輻射。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬光譜半導(dǎo)體有源器件及其制造方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體有源器件近些年得到了快速發(fā)展，其中以三五族化合物半導(dǎo)體材料體系的半導(dǎo)體光輻射器件最為突出，典型代表材料為AlN、GaN、InN及其組合而成的三元或四元化合物，理論禁帶寬度范圍從6.2eV至0.7eV，光輻射波長可覆蓋深紫外至紅外波段。目前，InGaN/GaN系列的藍(lán)綠光LED，掀起了一場照明技術(shù)的革命。AlGaN材料為主體的紫光及紫外LED，在紫外光固化、紫外殺菌及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。藍(lán)綠光及紫外LD在科技及工業(yè)上也展示出了巨大應(yīng)用前景。

半導(dǎo)體光輻射多為窄光譜輻射，如主流的藍(lán)光LED發(fā)光波長半高寬一般為十幾納米。但在實(shí)際應(yīng)用需求中，常需要用到更寬的光譜范圍或多個(gè)波長的寬光譜。例如在LED白光照明應(yīng)用中，目前人們對LED白光的顯色指數(shù)提出了更高要求，希望LED照明能完全還原日光照射時(shí)的物品的顏色，但目前LED照明采用藍(lán)光LED激發(fā)YAG熒光粉的方式，在紫光和藍(lán)綠光部分存在光譜缺失，對進(jìn)一步提高LED的顯色性嚴(yán)重制約，而寬光譜有源器件有望補(bǔ)全該部分光譜的缺陷，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)照明光源。在植物照明應(yīng)用中，部分植物對一定波長范圍的藍(lán)光都響應(yīng)敏感，因此需要照射的藍(lán)光具有一定的光譜寬度。在UV紫外光固化應(yīng)用中，目前常常需要365nm附近光譜和395nm附近光譜同時(shí)照射UV膠，實(shí)現(xiàn)紫外光固化。

寬光譜有源器件可以實(shí)現(xiàn)單芯片的寬光譜或多光譜發(fā)光，在寬光譜需求的應(yīng)用方面，主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

一是，降低不同波長芯片的集成，降低電路成本和產(chǎn)品失效風(fēng)險(xiǎn)。

二是，可以補(bǔ)全LED白光照明的藍(lán)紫光和藍(lán)綠光部分的缺失光譜，提高白LED的顯色指數(shù)。

三是，可以根據(jù)植物特點(diǎn)，開發(fā)更適合植物生長的有源光輻射器件。

由于P型半導(dǎo)體中的空穴濃度偏低，電子和空穴發(fā)生輻射復(fù)合集中在靠近P型半導(dǎo)體的2～3個(gè)量子阱內(nèi)，僅依靠這幾個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，目前工藝較難直接制作有效的寬光譜半導(dǎo)體有源器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決半導(dǎo)體有源器件在寬光譜應(yīng)用方面存在的不足，尤其是解決白光LED在紫光及藍(lán)綠光波段的光譜缺失導(dǎo)致顯色指數(shù)偏低問題，解決植物照明用半導(dǎo)體有源器件光譜半高寬較窄，波長集中問題，以及UV光固化中需要兩種芯片集成問題，提供了一種寬光譜半導(dǎo)體有源器件及其制造方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種寬光譜半導(dǎo)體有源器件，包括外延基底和形成于外延基底上的多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；其中，

多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括依次形成于外延基底上的第一半導(dǎo)體層、有源層、電子阻擋層、第二半導(dǎo)體層，以及分別與第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層直接或間接電連接的第一電極和第二電極。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，第一半導(dǎo)體層為N型半導(dǎo)體，第二半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，有源層包含多量子阱結(jié)構(gòu)或多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，且多量子阱結(jié)構(gòu)或多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的周期數(shù)為10～30周期。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，多量子阱結(jié)構(gòu)或多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)由多個(gè)單波長量子阱層或量子點(diǎn)組成。