[發明專利]發光雙極晶體管

在審

• 申請號: 201911043374.0
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN111129059A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 安妮斯·達米;亞歷山大·費龍;奧雷連·舒母
• 申請（專利權）人: 法國原子能源和替代能源委員會
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L29/06;H01L29/732;H01L33/06;H01L33/30;H01L33/32
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 崔雁;吳東亮

發光雙極晶體管(100)，至少包括：摻雜半導體第一部分、摻雜半導體第二部分和摻雜半導體第三部分(102、104、106)，其分別形成發光雙極晶體管(100)的集電極、基極和發射極；至少一個量子阱(110)，其布置在第一部分(102)中并且在由第一部分(102)的摻雜半導體形成的兩個第一勢壘層(111)之間；并且其中，第一部分(111)的摻雜半導體的能帶的能級高于形成量子阱(110)的半導體的能帶的能級，該量子阱(110)被配置成產生雙極晶體管的光發射。

技術領域

本發明的技術領域是發光電子元器件，特別是由GaN制成的元器件或包含GaN的半導體，更廣泛地是任何III-V型半導體。這些元器件有利地以矩陣的形式用于發光器件中，從而形成屏幕。

背景技術

最常用的用于實現光發射的電子元器件是發光二極管(LED，Light EmittingDiode)。LED通常與例如CMOS類型的電子電路相關聯，控制LED中的電流，換句話說，通過改變發送到LED的電流來調制來自LED的光發射。

已經提出了其他類型的發光電子元器件，特別是為了將發光元件和控制元件分組在同一電子元器件中。

文獻US 2008/0240173 A1提出制造一種雙極晶體管，其中發射光的量子阱被集成到該晶體管的基極中。將發射元件集成到雙極晶體管的基極中是有利的，因為在晶體管中循環的電流用于產生光發射。此外，發光元件和控制元件集成到單個電子元器件中。然而，雙極晶體管的基極被制造得非常薄，以方便電荷載流子在發射極和集電極之間非常快速地通過。由于雙極晶體管的基極非常薄，因此在雙極晶體管的基極中只能制作一個量子阱。更多數量的量子阱將是有利的，因為這將使得有可能改善該元器件的發射效率。

文獻US 2010/0277466 A1公開了一種替代解決方案，其中一個或多個發射元件集成到雙極晶體管中，這些發射元件對應于發射電容。然而，這種發射電容不適合雙極晶體管內的光發射。實際上，電容元件包括放置在兩個電極之間的介電材料。考慮到介電材料的帶隙在能量上非常大，因此只有電流/電壓水平非常高的情況下，這樣的元件才有可能發光。此外，在晶體管中循環的電流是直流電，其無法通過電容從一個電極到另一個電極。只有交流電才能通過這樣的電容。因此，只有當大的放電通過集成在晶體管中的電容時，才能實現光發射。這樣的操作不是正確控制光發射的最佳方式。

文獻US5 153 693提出了一種半導體器件，該半導體器件將雙極晶體管和集成在雙極晶體管的生長襯底和集電極之間的發光二極管集成在同一堆疊中。晶體管還集成了插入集電極的勢壘層，并用于在晶體管外部沒有電阻負載的情況下改善晶體管的雙穩態。這些勢壘層通過共振隧穿效應控制電荷通過這些勢壘層，從而可以控制電荷在集電極中的流動。

在該器件中，通過在晶體管的集電極和生長襯底之間添加LED或激光器來獲得光發射。該器件的晶體管本身不發光。集電極中使用的勢壘層不專門用于捕獲電荷載流子來允許在它們之間的光發射。

發明內容

本發明的一個目的在于提出一種集成發光元件和控制光發射的元件的新型電子元器件，其中量子阱的數量不受該元器件厚度約束的限制，并且使得光發射可以像LED一樣有效。

為了實現該目的，本發明公開了一種發光雙極晶體管，其至少包括：

-摻雜半導體第一部分、摻雜半導體第二部分和摻雜半導體第三部分，所述摻雜半導體第一部分、摻雜半導體第二部分和摻雜半導體第三部分分別形成所述發光雙極晶體管的集電極、基極和發射極；

-至少一個量子阱，所述至少一個量子阱布置在第一半導體部分中并且在由所述第一部分的摻雜半導體形成的兩個第一勢壘層之間。

所述第一部分的摻雜半導體的能帶的能級可高于形成所述量子阱的半導體的能帶的能級，所述量子阱被配置成產生所述雙極晶體管的光發射。