光子增强的场效应晶体管和集成电路制造技术

本发明专利技术公开了一种光子增强的场效应晶体管和集成电路，其中该光子增强的场效应晶体管包括：半导体层；设置在所述半导体层之中的源区和漏区；形成在所述半导体层之上的栅结构；形成在所述半导体层下表面的发光结构，其中，所述发光结构用于产生光子以激发所述半导体层中的电子‑空穴对。本发明专利技术的光子增强的场效应晶体管和集成电路，将发光结构设置在半导体层的下表面，在不影响器件关态电流的前提下，利用光照极大地改善器件的导通电流。

【技术实现步骤摘要】
光子增强的场效应晶体管和集成电路
本专利技术属于半导体制造
，具体涉及一种光子增强的场效应晶体管和集成电路。
技术介绍
氮化镓(GaN)宽禁带直接带隙材料具有高硬度、高热导率、高电子迁移率、稳定的化学性质、较小的介电常数和耐高温等优点，所以GaN在发光二极管、高频、高温、抗辐射、高压等电力电子器件中有着广泛的应用和巨大的前景。迄今为止，基于GaN材料的异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)已经有了广泛的应用和研究，但是，常开型的HEMT并不能满足低功耗的应用要求。所以，对常关型GaN材料的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的研究很有必要，并且也越来越受到重视。对于GaN-MOSFET，其源漏注入采用的是Si离子(n型沟道)和Mg离子(p型沟道)。但对于GaN材料，注入离子激活需要很高的温度，尤其对于p型沟道的Mg离子，激活率不高，这就导致GaN-MOSFET的导通电流受到了一定的限制。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种具有结构简单、导通电流高的光子增强的场效应晶体管。根据本专利技术实施例的光子增强的场效应晶体管，包括：半导体层；设置在所述半导体层之中的源区和漏区；形成在所述半导体层之上的栅结构；形成在所述半导体层下表面的发光结构，其中，所述发光结构用于产生光子以激发所述半导体层中的电子-空穴对。在本专利技术的一个实施例中，所述半导体层的下表面开有凹槽，所述发光结构形成在所述凹槽中。在本专利技术的一个实施例中，所述半导体层包括具有直接带隙结构的半导体材料。在本专利技术的一个实施例中，所述半导体材料包括氮化物半导体材料、砷化物半导体材料、氧化物半导体材料或锑化物半导体材料。在本专利技术的一个实施例中，所述发光结构为发光二极管结构。在本专利技术的一个实施例中，所述发光二极管结构包括发光层，所述发光层为量子阱或多量子阱结构。在本专利技术的一个实施例中，所述发光层材料与所述半导体层的材料属于同一系列。在本专利技术的一个实施例中，所述发光层的禁带宽度不小于所述半导体层的禁带宽度。在本专利技术的一个实施例中，还包括：同步结构，用于控制所述场效应晶体管和所述发光结构同步开启。在本专利技术的一个实施例中，多个所述场效应晶体管共用一个所述发光结构。在本专利技术的一个实施例中，所述场效应晶体管包括MOSFET、MESFET、MISFET和JFET。在本专利技术的一个实施例中，所述场效应晶体管具有平面结构、双栅结构、FinFET结构或环栅结构。由上可知，根据本专利技术实施例的场效应晶体管至少具有如下优点：相对于传统的独立GaN-MOSFET而言，本专利技术提出的光子增强的场效应晶体管，将发光结构设置在半导体层的下表面，在不影响器件关态电流的前提下，利用光照极大地改善器件的导通电流。本专利技术的另一个目的在于提出一种集成电路。根据本专利技术实施例的集成电路，包括上述实施例所述的光子增强的场效应晶体管。由上可知，根据本专利技术实施例的集成电路至少具有如下优点：相对于传统的独立GaN-MOSFET而言，本专利技术提出的集成电路，将发光结构设置在半导体层的下表面，在不影响器件关态电流的前提下，利用光照极大地改善器件的导通电流。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一个实施例的光子增强的场效应晶体管的结构示意图；图2是本专利技术另一个实施例的光子增强的场效应晶体管的结构示意图；图3是本专利技术一个实施例的n沟道MOSFET的结构示意图；图4是本专利技术另一个实施例的n沟道MESFET的结构示意图；图5是本专利技术一个实施例的p沟道MOSFET的结构示意图；图6是本专利技术一个实施例的发光结构与场效应晶体管共享栅压的n沟道MOSFET的结构示意图；图7是本专利技术一个实施例的发光二极管结构的仰视结构示意图；图8是本专利技术另一个实施例的具有同步结构的n沟道MOSFET的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。本专利技术一方面提出一种光子增强的场效应晶体管，如图1所示，包括：半导体层100；源区200和漏区300，源区200和漏区300可以如图1所示设置在半导体层100之中，还可以采用抬升结构设置在半导体层100之上，一方面，抬升的源极和漏极可以通过外延形成，获得更重的掺杂和更低的电阻率，降低源漏串联电阻和器件导通电阻，提升器件的开态性能；另一方面，通过外延形成的抬升的源极和漏极可以有效地控制其中掺杂元素的分布，利用调制器件的阈值电压；形成在半导体层100之上的栅结构400；形成在半导体层100下表面的发光结构500。其中，发光结构500用于产生光子以激发半导体层中的电子-空穴对。如图2所示，在本专利技术的一个实施例中，半导体层100的下表面开有凹槽，发光结构500形成在所述凹槽中。本专利技术实施例的光子增强的场效应晶体管，对于n沟道场效应晶体管，如图3所示，当器件导通时，栅压为正，发光结构500产生光子，光子在半导体层100中激发电子和空穴对，其中的电子流向沟道区，增加器件沟道区的有效载流子浓度，从而增加器件的开态电流，增强器件性能。半导体层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光子增强的场效应晶体管，其特征在于，包括：半导体层；设置在所述半导体层之中的源区和漏区；形成在所述半导体层之上的栅结构；形成在所述半导体层下表面的发光结构，其中，所述发光结构用于产生光子以激发所述半导体层中的电子‑空穴对。

【技术特征摘要】
1.一种光子增强的场效应晶体管，其特征在于，包括：半导体层；设置在所述半导体层之中的源区和漏区；形成在所述半导体层之上的栅结构；形成在所述半导体层下表面的发光结构，其中，所述发光结构用于产生光子以激发所述半导体层中的电子-空穴对。2.如权利要求1所述的光子增强的场效应晶体管，其特征在于，所述半导体层的下表面开有凹槽，所述发光结构形成在所述凹槽中。3.如权利要求1所述的光子增强的场效应晶体管，其特征在于，所述半导体层包括具有直接带隙结构的半导体材料。4.如权利要求3所述的光子增强的场效应晶体管，其特征在于，所述半导体材料包括氮化物半导体材料、砷化物半导体材料、氧化物半导体材料或锑化物半导体材料。5.如权利要求1所述的光子增强的场效应晶体管，其特征在于，所述发光结构为发光二极管结构。6.如权利要求5所述的光子增强的场效应晶体管，其特征在于，所述发光二极管结构包括发光层，所述发光层为量子阱或多量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬，陈文捷，梁仁荣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11