專(zhuān)利名稱：Ⅲ-Ⅴ族金屬氧化物半導(dǎo)體發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種m-v族金屬氧化物半導(dǎo)體發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)光二極管LED的基本結(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(guò)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。目前，發(fā)光晶體管的制造技術(shù)還沒(méi) 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型摻雜區(qū)發(fā)光，同時(shí)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(méi)有及時(shí)與基區(qū)中的空穴復(fù) 合發(fā)光，而是直接穿過(guò)基區(qū)到達(dá)了n型摻雜集電區(qū)，大部分電子用來(lái)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(guò)源極和漏極之間加正向電壓時(shí)，電子在源極和漏極被加速到一定的 能量后，就可以通過(guò)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)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)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族金屬氧化物半導(dǎo)體發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其 制備方法。
本發(fā)明可以通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) 一種III-V族金屬氧化物半導(dǎo)體
型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)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(dǎo)體層、
緩沖層和襯底，所述的n型半導(dǎo)體層的橫向臺(tái)階結(jié)構(gòu)的左邊為p型柵區(qū)，臺(tái)階 結(jié)構(gòu)的右邊為n型源區(qū)，所述的p型柵區(qū)上層疊有柵極氧化層和柵極電極，在 p型柵區(qū)和柵極氧化層之間有MOS結(jié)構(gòu)在柵區(qū)半導(dǎo)體表面形成的電子通道， 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(lán)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氧化物一半 導(dǎo)體。
本發(fā)明所述的ni-v族金屬氧化物半導(dǎo)體型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方 法，其步驟如下
(1) 、利用金屬有機(jī)氣相淀積(MOCVD)或分子束外延(MBE)技術(shù)， 生長(zhǎng)III-V族金屬一氧化物—半導(dǎo)體材料。
(2) 、選擇一個(gè)襯底，生長(zhǎng)緩沖層。
(3) 、在緩沖層上生長(zhǎng)摻雜濃度為1(^ 1(^cn^的n型材料。
(4) 、繼續(xù)生長(zhǎng)多周期的超晶格結(jié)構(gòu)，形成多量子阱有源區(qū)。
(5) 、在多量子阱有源區(qū)上生長(zhǎng)摻雜濃度為10" 10、mJ的p型漏區(qū)， 得到MOS型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延片。
(6) 、通過(guò)半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)，利用光刻和化學(xué)腐蝕的方法，在n型層 表面刻蝕出臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
(7) 、在n型臺(tái)面層沉積Si02氧化層，然后在SiCb氧化層刻蝕出窗口進(jìn) 行離子注入或者擴(kuò)散以制造出p型半導(dǎo)體區(qū)域，濃度為1015 1018cm-3，然后 再除去該Si02氧化層，再沉積柵極氧化層，再利用光刻的方法形成柵極電極 圖形，利用蒸發(fā)方法蒸鍍Pt/Au合金材料，形成柵極電極。
(8) 、在臺(tái)階的右邊源區(qū)刻蝕出源極電極圖形，利用蒸發(fā)方法蒸鍍
Ti/Al/Au合金材料，形成源極電極。
(9)、利用上述方法，在漏區(qū)制作漏極p型電極，得到帶有控制端的m-v 族金屬—氧化物一半導(dǎo)體型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的臺(tái)階上的橫向結(jié)構(gòu)利 用金屬一氧化物一半導(dǎo)體接觸的場(chǎng)效應(yīng)用于控制器件的發(fā)光強(qiáng)度，縱向結(jié)構(gòu)用 于復(fù)合發(fā)光的產(chǎn)生，這樣的結(jié)構(gòu)具有高發(fā)光效率、高亮度，且控制方便，可 以替代當(dāng)前的發(fā)光二極管，也可應(yīng)用于光電互連、光電集成器件中。


圖1是本發(fā)明的發(fā)光晶體管外延片經(jīng)刻蝕后產(chǎn)生的臺(tái)面結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明的發(fā)光晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，l是襯底，2是緩沖層，3是n型半導(dǎo)體層，4是n型源區(qū)，5是源 極電極，6是p型柵區(qū)，7是柵極氧化層，8是柵極電極，9是有源區(qū)，10 是p型漏區(qū)，ll是漏極電極，
12是MOS結(jié)構(gòu)在柵區(qū)半導(dǎo)體表面形成的電子溝道，
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)描述。
如圖2所示，為本發(fā)明的發(fā)光晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明包括縱向依次層 疊的p型漏區(qū)10、有源區(qū)9、 n型半導(dǎo)體層3、緩沖層2、襯底1，所述的n 型半導(dǎo)體層3的臺(tái)階結(jié)構(gòu)的左邊為p型柵區(qū)6，臺(tái)階結(jié)構(gòu)的右邊為n型源區(qū)4, 所述的p型柵區(qū)6上層疊有柵極氧化層7和柵極電極8，在p型柵區(qū)6和柵極 氧化層7之間有MOS結(jié)構(gòu)在柵區(qū)半導(dǎo)體表面形成的電子通道12，所述的n型 源區(qū)4上有源極電極5，所述的p型漏區(qū)IO上有漏極電極11。本發(fā)明所述的 n型源區(qū)4作為電子發(fā)射區(qū)，p型漏區(qū)10作為空穴發(fā)射區(qū),p型柵區(qū)6作為溝通 控制區(qū)，有源區(qū)8作為發(fā)光區(qū)。
本發(fā)明的工作原理是施加在柵極上的正向電壓，使得柵極氧化物一半導(dǎo) 體界面處的能帶發(fā)生彎曲，因此p型柵區(qū)6半導(dǎo)體表面的特性將從p型轉(zhuǎn)化為
n型，即在p型柵區(qū)6半導(dǎo)體表面產(chǎn)生了n型表面電子溝道。此時(shí)源極的電子 就可以通過(guò)柵極的表面溝道，可以通過(guò)大的電流。當(dāng)器件正常工作時(shí)，在漏極 電極11和源極電極5之間加正向電壓VDS，柵極電極8和源極電極5之間加 正向電壓Ves，電子由有源區(qū)4經(jīng)過(guò)由柵極電極8控制表面溝道12進(jìn)入n型 半導(dǎo)體層3，當(dāng)Vcs增大時(shí)，柵區(qū)表面電子溝道12寬度變寬，更多電子可以
通過(guò)P型柵區(qū)。因此V(3S控制著柵極溝道的寬度，控制了通過(guò)柵區(qū)表面電子溝
道12進(jìn)入n型半導(dǎo)體層3的電子數(shù)量，起到了調(diào)節(jié)器件發(fā)光強(qiáng)度的作用。
實(shí)施例
利用III-V族化合物材料GaN材料制備MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 一種M0S型 發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管，選用藍(lán)寶石襯底，由源極、柵極、有源發(fā)光區(qū)和漏極構(gòu)成。 在藍(lán)寶石材料襯底1上形成緩沖層2，再形成n型半導(dǎo)體層3，繼續(xù)生長(zhǎng)多量 子阱有源發(fā)光層9和p型摻雜的漏區(qū)10，最后形成了外延片。然后刻蝕半導(dǎo) 體層3形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)，臺(tái)階的左邊區(qū)域采用離子注入方法制造出p型半導(dǎo)體柵 區(qū)6，然后在p型柵區(qū)6上沉積MgO作為柵極氧化層7和柵極金屬電極8， n 型半導(dǎo)體層3的右端為n型源區(qū)4， n型源區(qū)4上為源極電極5，漏區(qū)型歐姆 接觸漏極ll。
本實(shí)施例的發(fā)光晶體管的制備方法是利用MOCVD技術(shù)，生長(zhǎng)GaN材 料。選擇藍(lán)寶石為半導(dǎo)體材料襯底l，生長(zhǎng)0.5pm厚的GaN緩沖層2。緩沖層 2繼續(xù)生長(zhǎng)Si材料摻雜濃度為1019cm.3的n型半導(dǎo)體層3 。在生長(zhǎng)Ini.xGaxN材 料時(shí)(0.03<x<0.95)，通過(guò)改變x的比值控制In材料的摻雜組分，在GaN的 n型電半導(dǎo)體層3上繼續(xù)生長(zhǎng)多周期的超晶格結(jié)構(gòu)，形成多量子阱有源區(qū)9。 在多量子阱有源區(qū)9上生長(zhǎng)Mg摻雜濃度為1018cnT3的GaN的p型漏區(qū)10，
得到晶體管的外延片。通過(guò)半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)，利用光刻和化學(xué)腐蝕的方法，
在GaN的n型半導(dǎo)體層3上刻蝕出臺(tái)面結(jié)構(gòu)，再利用采用離子注入方法在n 型源區(qū)半導(dǎo)體層3上制造出p型柵區(qū)6，然后在p型柵區(qū)6上沉積MgO作為 柵極氧化層7，半導(dǎo)體層3的右端為n型源區(qū)4，最后分別在n型源區(qū)4，柵 極氧化層7和漏區(qū)10上光刻出電極圖形，然后分別蒸鍍Ti/Al/Au合金、Au/Pt 等合金等材料，形成源極電極5、柵極電極8和漏極電極11，得到帶有柵極控 制端的MOS型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
權(quán)利要求
1、一種III-V族金屬氧化物半導(dǎo)體型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)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(dǎo)體層、緩沖層和襯底，其特征在于所述的n型半導(dǎo)體層的橫向臺(tái)階結(jié)構(gòu)的左邊為p型柵區(qū)，臺(tái)階結(jié)構(gòu)的右邊為n型源區(qū)，所述的p型柵區(qū)上層疊有柵極氧化層和柵極電極，在p型柵區(qū)和柵極氧化層之間有MOS結(jié)構(gòu)在柵區(qū)半導(dǎo)體表面形成的電子通道，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(quán)利要求l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 制成的化合物。
3、 根據(jù)權(quán)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(lán)寶石、硅、炭化硅、砷化鎵或磷化銦。
4，根據(jù)權(quán)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 采用金屬一氧化物一半導(dǎo)體。
5、 一種m-v族金屬氧化物半導(dǎo)體型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其步驟如下(1) 、利用金屬有機(jī)氣相淀積MOCVD或分子束外延MBE技術(shù)，生長(zhǎng)m-V 族金屬一氧化物—半導(dǎo)體材料；(2) 、選擇一個(gè)襯底，生長(zhǎng)緩沖層；(3) 、在緩沖層上生長(zhǎng)摻雜濃度為1017 1019^!1-3的11型材料；(4) 、繼續(xù)生長(zhǎng)多周期的超晶格結(jié)構(gòu)，形成多量子阱有源區(qū)；(5) 、在多量子阱有源區(qū)上生長(zhǎng)摻雜濃度為10" 10 m-s的p型漏區(qū)， 得到MOS型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延片；(6) 、通過(guò)半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)，利用光刻和化學(xué)腐蝕的方法，在n型層 表面刻蝕出臺(tái)面結(jié)構(gòu)；(7) 、在n型臺(tái)面層沉積Si02氧化層，然后在Si02氧化層刻蝕出窗口進(jìn) 行離子注入或者擴(kuò)散以制造出p型半導(dǎo)體區(qū)域，濃度為1015 1018cm_3，然后 再除去該Si()2氧化層，再沉積柵極氧化層，再利用光刻的方法形成柵極電極 圖形，利用蒸發(fā)方法蒸鍍Pt/An合金材料，形成柵極電極；(8) 、在臺(tái)階的右邊源區(qū)刻蝕出源極電極圖形，利用蒸發(fā)方法蒸鍍 Ti/Al/Au合金材料，形成源極電極；(9) 、利用上述方法，在漏區(qū)制作漏極p型電極，得到帶有控制端的III-V 族金屬氧化物半導(dǎo)體型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Ⅲ-Ⅴ族金屬氧化物半導(dǎo)體型發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，包括縱向依次層疊的p型漏區(qū)、有源區(qū)、n型半導(dǎo)體層、緩沖層和襯底，所述的n型半導(dǎo)體層的橫向臺(tái)階結(jié)構(gòu)的左邊為p型柵區(qū)，臺(tái)階結(jié)構(gòu)的右邊為n型源區(qū)，所述的p型柵區(qū)上層疊有柵極氧化層和柵極電極，在p型柵區(qū)和柵極氧化層之間有MOS結(jié)構(gòu)在柵區(qū)半導(dǎo)體表面形成的電子通道，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(tái)階上的橫向結(jié)構(gòu)利用金屬—氧化物—半導(dǎo)體接觸的場(chǎng)效應(yīng)用于控制器件的發(fā)光強(qiáng)度，縱向結(jié)構(gòu)用于復(fù)合發(fā)光的產(chǎn)生，這樣的結(jié)構(gòu)具有高發(fā)光效率、高亮度，且控制方便。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101197405SQ200710031828
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:華南師范大學(xué)