專利名稱：Ⅲ-Ⅴ族發(fā)光金屬半導體場效應晶體管及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種in-v族發(fā)光金屬半導體場效應晶體管及其制備方法。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，發(fā)光二極管LED的基本結構是由p型電極、有源發(fā)光區(qū)和N 型電極構成。將LED的p端和n端接入電路中，通過恒流源供電，調節(jié)LED的端 電壓即可控制LED的發(fā)光強度。目前，發(fā)光晶體管的制造技術還沒有成熟，尚處 于初始研究階段。其主要方法有 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型慘雜區(qū)發(fā)光，同時又作為基區(qū)進行控制，但是，由 于基區(qū)很薄，絕大部分電子沒有及時與基區(qū)中的空穴復合發(fā)光，而是直接穿過基區(qū) 到達了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。另一種是實空間轉移發(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，就可以通過實空間轉移效應，進 入有源區(qū)，與柵極注入到有源區(qū)的空穴復合發(fā)光，但是，由于實空間轉移效應的電 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)明內容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術中發(fā)光晶體管的發(fā)光效率低的缺陷，提供一
種高發(fā)光效率、高亮度的m-v族發(fā)光金屬半導體場效應晶體管及其制備方法。
本發(fā)明可以通過以下技術方案予以實現(xiàn) 一種m-v族發(fā)光金屬半導體場效應 晶體管,包括縱向依次層疊的P型漏區(qū)、有源區(qū)、n型半導體層、緩沖層和襯底，所
述的n型半導體層的橫向臺階結構的左邊為n型柵區(qū)，臺階結構的右邊為n型源區(qū)， 所述的n型柵區(qū)上有柵極電極，在n型柵區(qū)和柵極電極之間有通過肖特基接觸形成 的耗盡區(qū)，所述的n型源區(qū)上有源極電極，所述的p型漏區(qū)上有漏極電極。
本發(fā)明所述的m-V族化合物材料是采用III族的元素鎵Ga、鋁Al或銦In，以 及V族的氮N、砷As或磷P組成的化合物，所述的襯底的材料采用藍寶石、硅、 炭化硅、砷化鎵或磷化銦，所述的柵極電極的材料采用金屬一半導體，所述的源極 電極、漏極電極為歐姆接觸電極，所述的柵極電極為肖特基接觸電極。
本發(fā)明所述的m-v族發(fā)光金屬半導體場效應晶體管的制備方法，其步驟如下:
(1) 、利用金屬有機氣相淀積MOCVD或分子束外延MBE技術，生長m-V族 半導體材料。
(2) 、選擇一個襯底，生長緩沖層。
(3) 、繼續(xù)生長摻雜濃度為1017 1019cm—3的11型材料。
(4) 、繼續(xù)生長多周期的超晶格結構，形成多量子阱有源區(qū)。
(5) 、在多量子阱有源區(qū)上生長摻雜濃度為10" l(Tcn^的p型集電區(qū)，得到 發(fā)光場效應晶體管的外延片。
(6) 、通過半導體平面工藝技術，利用ECR等方法刻蝕出n型半導體層的臺面 結構。
(7) 、禾,光刻的方法在n型臺面上形成柵極肖特基接觸和源極歐姆接觸電極圖 形，利用蒸發(fā)方法蒸鍍Au/Pt合金和Ti/Al/Au合金等材料，分別形成柵極肖特基接 觸電極和源極歐姆接觸電極。
(8) 、利用上述方法，制作p型漏極歐姆接觸電極，得到帶有控制端的發(fā)光場效 應晶體管。
與現(xiàn)有技斜目比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的臺階上的橫向結構利用金 屬半導體接觸的場效應用于控制器件的發(fā)光強度，縱向結構用于復合發(fā)光的產生， 這樣的結構具有高發(fā)光效率、高亮度，且控制方便，可以替代當前的發(fā)光二極管， 也可應用于光電互連、光電集成器件中。


圖1是本發(fā)明晶體管外延片經刻蝕后產生的臺面結構，
圖2是本發(fā)明的剖面結構示意圖。
其中，l是襯底，2是緩沖層，3是n型半導體層，4是n型源區(qū)，5是源極電 極，6是n型柵區(qū)，7是柵極電極，8是有源區(qū)， 9是p型漏區(qū)，IO是漏極電極，
11是n型柵區(qū)6和柵極電極7通過肖特基接觸形成的耗盡區(qū)。
具體實施例方式
如圖2所示，為本發(fā)明的剖面結構示意圖。本發(fā)明包括縱向依次層疊的p型漏區(qū) 9、有源區(qū)8、 n型半導體層3、緩沖層2和襯底1，所述的n型半導體層3的橫向 臺階結構的左邊為n型柵區(qū)6，臺階結構的右邊為n型源區(qū)4，所述的n型柵區(qū)6 上有柵極電極7，在n型柵區(qū)和柵極電極之間有通過肖特基接觸形成的耗盡區(qū)11 ， 所述的n型源區(qū)4上有源極電極5，所述的p型漏區(qū)上有漏極電極10。本發(fā)明的n 型源區(qū)4作為電子發(fā)射區(qū)，源極電極為歐姆接觸；p型漏區(qū)作為空穴發(fā)射區(qū)，漏極 電極為歐姆接觸；n型柵區(qū)作為溝道控制區(qū)，柵極電極為肖特基接觸。有源區(qū)用于 發(fā)光，采用III-V族化合物半導體材料。
本發(fā)明的發(fā)光金屬半導體場效應晶體管的工作原理金屬半導體柵極接觸在器 件溝道中產生了一個耗盡區(qū)11，電子是不允許通過耗盡區(qū)11的。耗盡區(qū)11的寬度 柵一源電壓Vcs控制，耗盡區(qū)ll寬度越大，柵區(qū)的n型電子溝道越窄，能夠通過n 型柵區(qū)的電子越少。器件正常工作時，在漏極電極.10和源極電極5之間加正向電 壓VDs，柵極7電極和源極電極5之間加電壓Vcjs，當V(js逐漸增加，耗盡區(qū)ll逐 漸變窄，柵區(qū)電子溝道逐漸變寬，電子由n型源區(qū)4通過柵區(qū)電子溝道，進入n型 半導體層3， n型半導體層3的電子在漏極電場的作用下進入有源區(qū)8，并與漏區(qū)9 注入的空穴相遇復合發(fā)光。當柵極電極7加負偏壓且達到一定值后，柵區(qū)溝道就完 全耗盡，有源區(qū)和p型漏區(qū)之間的電流變得非常小，即此時從源區(qū)電子不能穿過n型柵區(qū)6進入有源區(qū)8，因此器件此時不能發(fā)光。
實施例
禾U用in-V族化合物材料GaN材料制備發(fā)光金屬半導體場效應晶體管。選用藍 寶石襯底，由n型源區(qū)、n型柵區(qū)、有源發(fā)光區(qū)和p型漏區(qū)構成。在藍寶石材料襯 底1上形成緩沖層2，再形成n型半導體層3，繼續(xù)生長多量子阱有源發(fā)光層8和p 型摻雜的漏區(qū)9，最后形成了外延片，通過半導體平面工藝技術，在n型源區(qū)半導 體層4和n型柵區(qū)半導體層6上分別蒸鍍Ti/Al/Au合金和Au/Pt合金等材料，形成 源極歐姆接觸電極5和柵極肖特基接觸電極7。在p型GaN漏區(qū)形成歐姆接觸電極 10。
本實施例的發(fā)光金屬半導體場效應晶體管的帝U備方法是禾U用MOCVD技術， 生長GaN材料。選擇藍寶石為半導體材料襯底1 ，生長0.5,厚的GaN緩沖層2， 繼續(xù)生長Si材料摻雜濃度為1019cm'3的n型GaN的n型半導體層3 。在生長In^GaxN 材料時(0.03< x <0.95)，通過改變x的比值控制In材料的摻雜組分，在GaN的n 型半導體層3上繼續(xù)生長多周期的超晶格結構，形成多量子阱有源區(qū)8。在多量子 阱有源區(qū)8上生長Mg摻雜濃度為1018cm—3的GaN的p型漏區(qū)9，得到晶體管的外 延片。通過半導體平面工藝技術，利用光刻和化學腐蝕的方法，在GaN的n型半 導體層3上刻蝕出臺面結構，再利用光刻的方法在n型源區(qū)4和n型柵區(qū)6上分別 形成肖特基接觸和歐姆接觸電極圖形，利用蒸發(fā)方法蒸鍍Au/Pt合金和Ti/Al/Au合 金等材料，分別形成源極歐姆接觸電極5和柵極肖特基接觸電極7。利用上述方法， 可以制作p型漏極電極10，得到帶有柵極控制端的發(fā)光金屬半導體場效應晶體管。
權利要求
1、一種III-V族發(fā)光金屬半導體場效應晶體管，包括縱向依次層疊的p型漏區(qū)、有源區(qū)、n型半導體層、緩沖層和襯底，其特征在于所述的n型半導體層的橫向臺階結構的左邊為n型柵區(qū)，臺階結構的右邊為n型源區(qū)，所述的n型柵區(qū)上有柵極電極，在n型柵區(qū)和柵極電極之間有通過肖特基接觸形成的耗盡區(qū)，所述的n型源區(qū)上有源極電極，所述的p型漏區(qū)上有漏極電極。
2、 根據(jù)權利要求1所述的晶體管，其特征在于所述的III-V族化合物材料是 采用III族的元素鎵Ga、鋁Al或銦In，以及V族的氮N、砷As或磷P組成的化合 物。
3、 根據(jù)權利要求1所述的晶體管，其特征在于所述的襯底的材料采用藍寶 石、硅、炭化硅、砷化鎵或磷化銦，
4、 根據(jù)權利要求1所述的晶體管，其特征在于所述的柵極電極的材料采用 金屬一半導體，
5、 根據(jù)權利要求1所述的晶體管，其特征在于所述的源極電極、漏極電極為歐姆接觸電極，所述的柵極電極為肖特基接觸電極。
6、 一種ni-v族發(fā)光金屬半導體場效應晶體管的制備方法，其步驟如下(1) 、利用金屬有機氣相淀積MOCVD或分子束外延MBE技術，生長m-V族 半導體材料。(2) 、選擇一個襯底，生長緩沖層。(3) 、繼續(xù)生長摻雜濃度為1017 1019(^—3的11型材料。(4) 、繼續(xù)生長多周期的超晶格結構，形成多量子阱有源區(qū)。(5) 、在多量子阱有源區(qū)上生長摻雜濃度為1017 1019cm—3的p型集電區(qū)，得到 發(fā)光場效應晶體管的外延片。(6) 、通過半導體平面工藝技術，利用ECR方法刻蝕出n型半導體層的臺面結構。(7) 、利用光刻的方法在n型臺面上形成柵極肖特基接觸和源極歐姆接觸電極圖 形，利用蒸發(fā)方法蒸鍍Au/Pt合金和Ti/A]/Au合金材料，分別形成柵極肖特基接觸 電極和源極歐姆接觸電極。(8) 、利用上述方法，制作p型漏極歐姆接觸電極，得到帶有控制端的發(fā)光場效 應晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Ⅲ-Ⅴ族發(fā)光金屬半導體場效應晶體管，包括縱向依次層疊的p型漏區(qū)、有源區(qū)、n型半導體層、緩沖層和襯底，所述的n型半導體層的橫向臺階結構的左邊為n型柵區(qū)，臺階結構的右邊為n型源區(qū)，所述的n型柵區(qū)上有柵極電極，在n型柵區(qū)和柵極電極之間有通過肖特基接觸形成的耗盡區(qū)，所述的n型源區(qū)上有源極電極，所述的p型漏區(qū)上有漏極電極。本發(fā)明的臺階上的橫向結構利用金屬半導體接觸的場效應用于控制器件的發(fā)光強度，縱向結構用于復合發(fā)光的產生，這樣的結構具有高發(fā)光效率、高亮度，且控制方便。
文檔編號H01L33/00GK101197406SQ200710031829
公開日2008年6月11日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權日2007年11月30日
發(fā)明者孫慧卿, 然 尉, 張建中, 范廣涵, 郭志友 申請人:華南師范大學