发光双极晶体管制造技术

发光双极晶体管(100)，至少包括：掺杂半导体第一部分、掺杂半导体第二部分和掺杂半导体第三部分(102、104、106)，其分别形成发光双极晶体管(100)的集电极、基极和发射极；至少一个量子阱(110)，其布置在第一部分(102)中并且在由第一部分(102)的掺杂半导体形成的两个第一势垒层(111)之间；并且其中，第一部分(111)的掺杂半导体的能带的能级高于形成量子阱(110)的半导体的能带的能级，该量子阱(110)被配置成产生双极晶体管的光发射。

Light emitting bipolar transistor

【技术实现步骤摘要】
发光双极晶体管
本专利技术的
是发光电子元器件，特别是由GaN制成的元器件或包含GaN的半导体，更广泛地是任何III-V型半导体。这些元器件有利地以矩阵的形式用于发光器件中，从而形成屏幕。
技术介绍
最常用的用于实现光发射的电子元器件是发光二极管(LED，LightEmittingDiode)。LED通常与例如CMOS类型的电子电路相关联，控制LED中的电流，换句话说，通过改变发送到LED的电流来调制来自LED的光发射。已经提出了其他类型的发光电子元器件，特别是为了将发光元件和控制元件分组在同一电子元器件中。文献US2008/0240173A1提出制造一种双极晶体管，其中发射光的量子阱被集成到该晶体管的基极中。将发射元件集成到双极晶体管的基极中是有利的，因为在晶体管中循环的电流用于产生光发射。此外，发光元件和控制元件集成到单个电子元器件中。然而，双极晶体管的基极被制造得非常薄，以方便电荷载流子在发射极和集电极之间非常快速地通过。由于双极晶体管的基极非常薄，因此在双极晶体管的基极中只能制作一个量子阱。更多数量的量子阱将是有利的，因为这将使得有可能改善该元器件的发射效率。文献US2010/0277466A1公开了一种替代解决方案，其中一个或多个发射元件集成到双极晶体管中，这些发射元件对应于发射电容。然而，这种发射电容不适合双极晶体管内的光发射。实际上，电容元件包括放置在两个电极之间的介电材料。考虑到介电材料的带隙在能量上非常大，因此只有电流/电压水平非常高的情况下，这样的元件才有可能发光。此外，在晶体管中循环的电流是直流电，其无法通过电容从一个电极到另一个电极。只有交流电才能通过这样的电容。因此，只有当大的放电通过集成在晶体管中的电容时，才能实现光发射。这样的操作不是正确控制光发射的最佳方式。文献US5153693提出了一种半导体器件，该半导体器件将双极晶体管和集成在双极晶体管的生长衬底和集电极之间的发光二极管集成在同一堆叠中。晶体管还集成了插入集电极的势垒层，并用于在晶体管外部没有电阻负载的情况下改善晶体管的双稳态。这些势垒层通过共振隧穿效应控制电荷通过这些势垒层，从而可以控制电荷在集电极中的流动。在该器件中，通过在晶体管的集电极和生长衬底之间添加LED或激光器来获得光发射。该器件的晶体管本身不发光。集电极中使用的势垒层不专门用于捕获电荷载流子来允许在它们之间的光发射。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提出一种集成发光元件和控制光发射的元件的新型电子元器件，其中量子阱的数量不受该元器件厚度约束的限制，并且使得光发射可以像LED一样有效。为了实现该目的，本专利技术公开了一种发光双极晶体管，其至少包括：-掺杂半导体第一部分、掺杂半导体第二部分和掺杂半导体第三部分，所述掺杂半导体第一部分、掺杂半导体第二部分和掺杂半导体第三部分分别形成所述发光双极晶体管的集电极、基极和发射极；-至少一个量子阱，所述至少一个量子阱布置在第一半导体部分中并且在由所述第一部分的掺杂半导体形成的两个第一势垒层之间。所述第一部分的掺杂半导体的能带的能级可高于形成所述量子阱的半导体的能带的能级，所述量子阱被配置成产生所述双极晶体管的光发射。本专利技术提出在双极晶体管的集电极中集成量子阱，即类似于LED的发射元件。因此，通过集电极的与基极电流乘以晶体管的增益相对应的电流通过量子阱以产生光发射。因此，所获得的光发射是通过双极晶体管的基极电流来以电流方式控制的。根据本专利技术的晶体管，用于发射光的层被集成在集电极本身的产生中。因此，根据本专利技术的双极晶体管形成集成了发光器件和控制这种光发射的元件的电子部件，其中该晶体管的经放大的电流控制由量子阱产生的光发射。由于双极晶体管的集电极是反向偏压的，因此将一个或多个量子阱集成在集电极内并不是对于技术人员来说显而易见的解决方案。包含一个或多个量子阱的LED在直接偏压时起作用，以使大量注入的电荷在量子阱中复合。然而，双极晶体管的集电极是用于加速并放大由发射极注入并通过集电极的电荷载流子的区域。在集电极中布置一个或多个量子阱时，在集电极中被加速的一些电荷在量子阱中被捕获，并且可以产生辐射复合。该量子阱或每个量子阱由具有较小间隙的半导体材料层形成，该半导体材料层就是用于布置量子阱的第一部分(换句话说，集电极)的半导体。由于第一势垒层由第一部分的掺杂半导体形成，并且因此不对应于与第一部分的半导体不同但布置在第一部分中的半导体的层，第一势垒层的厚度因此大于限制厚度，而超过该限制厚度时，电荷无法通过共振隧穿效应通过第一势垒层。这使得有可能形成量子阱，从而通过在量子阱中捕获的电荷产生光发射。此外，使用集电极的掺杂半导体来形成势垒层有助于元器件本身的增长，因为在晶体管的生产过程中并没有发生重大的变化，只是插入了形成量子阱的层，该量子阱的带隙比集电极掺杂半导体的带隙低。该晶体管可被配置成使得：-在所述第一半导体部分的第一局部中，所述第一局部的掺杂半导体的能带的能级具有第一值；-所述第二半导体部分的掺杂半导体的能带的能级具有不同于所述第一值的第二值；-在布置在所述第一半导体部分的第一局部和所述第二半导体部分之间的所述第一半导体部分的第二局部中，所述第二局部中的掺杂半导体能带的能级从所述第一值到所述第二值变化；-所述量子阱布置在所述第一半导体部分的第二局部中。在这种配置中，与量子阱并列的第一部分的半导体的能带的能级高于形成量子阱的半导体的能带的能级。与这些半导体的能带的能级有关的上述特性是在晶体管没有偏压的情况下获得的，也就是说，是在这些材料的能带没有因该偏压而弯曲时获得的。该发光双极晶体管还可以包括第二势垒层,该第二势垒层布置在所述第一半导体部分的第二局部中，并且使得所述量子阱位于所述第二势垒层和所述第二半导体部分之间。该第二势垒层使得有可能具有在集电极中的载流子雪崩并增加在量子阱中捕获的电荷的数量，从而获得更高的光发射，以作为晶体管增益的轻微降低的交换。该发光双极晶体管可以包括多个量子阱，所述多个量子阱布置在所述第一半导体部分中，并且使得每一量子阱可能与相邻的量子阱间隔至少一个中间势垒层,该至少一个中间势垒层由所述第一半导体部分的掺杂半导体形成。该发光双极晶体管可以是使得：所述第一、第二和第三半导体部分包括GaN(在这种情况下，为包括GaN的第一势垒层和可能的中间势垒层)，并且所述量子阱包括InGaN，或者所述第一、第二和第三半导体部分包括GaAs(在这种情况下，为包括GaAs的第一势垒层和可能的中间势垒层)，并且所述量子阱包括InGaAs，或者所述第一、第二和第三半导体部分包括InP(在这种情况下，为包括InP的第一势垒层和可能的中间势垒层)，并且所述量子阱包括GaInP，或者所述第一、第二和第三半导体部分包括AlGaAs(在这种情况下，为包括AlGaAs的第一势垒层和可能的中间势垒层)，并且所述量子阱包括InAlGaA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光双极晶体管(100)，至少包括：/n-掺杂半导体第一部分、掺杂半导体第二部分和掺杂半导体第三部分(102、104、106)，所述掺杂半导体第一部分、掺杂半导体第二部分和掺杂半导体第三部分分别形成所述发光双极晶体管(100)的集电极、基极和发射极；/n-至少一个量子阱(110)，所述至少一个量子阱布置在所述第一部分(102)中并且在由所述第一部分(102)的掺杂半导体形成的两个第一势垒层(111)之间；/n-并且其中，所述第一部分(102)的掺杂半导体的能带的能级高于形成所述量子阱(110)的半导体的能带的能级，所述量子阱(110)被配置成产生所述双极晶体管的光发射。/n

【技术特征摘要】
20181031 FR 18600721.一种发光双极晶体管(100)，至少包括：
-掺杂半导体第一部分、掺杂半导体第二部分和掺杂半导体第三部分(102、104、106)，所述掺杂半导体第一部分、掺杂半导体第二部分和掺杂半导体第三部分分别形成所述发光双极晶体管(100)的集电极、基极和发射极；
-至少一个量子阱(110)，所述至少一个量子阱布置在所述第一部分(102)中并且在由所述第一部分(102)的掺杂半导体形成的两个第一势垒层(111)之间；
-并且其中，所述第一部分(102)的掺杂半导体的能带的能级高于形成所述量子阱(110)的半导体的能带的能级，所述量子阱(110)被配置成产生所述双极晶体管的光发射。


2.根据权利要求1所述的发光双极晶体管(100)，其中：
-在所述第一部分(102)的第一局部(112)中，所述第一局部(112)的掺杂半导体的能带的能级具有第一值；
-所述第二部分(104)的掺杂半导体的能带的能级具有不同于所述第一值的第二值；
-在布置在所述第一部分(102)的所述第一局部(112)和所述第二部分(104)之间的所述第一部分(102)的第二局部(114)中，所述第二局部(114)中的掺杂半导体的能带的能级从所述第一值变化到所述第二值；
所述量子阱(110)布置在所述第一部分(102)的所述第二局部(114)中。


3.根据权利要求2所述的发光双极晶体管(100)，还包括第二势垒层(116)，所述第二势垒层布置在所述第一部分(102)的所述第二局部(114)中，并且使得所述量子阱(110)位于所述第二势垒层(116)和所述第二部分(104)之间。


4.根据权利要求1所述的发光双极晶体管(100)，包括多个量子阱(110)，所述多个量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：安妮斯·达米，亚历山大·费龙，奥雷连·舒母，
申请(专利权)人：法国原子能源和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR