Ⅲ-Ⅴ族金属氧化物半导体发光场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ⅲ－Ⅴ族金属氧化物半导体型发光场效应晶体管及其制备方法，包括纵向依次层叠的ｐ型漏区、有源区、ｎ型半导体层、缓冲层和衬底，所述的ｎ型半导体层的横向台阶结构的左边为ｐ型栅区，台阶结构的右边为ｎ型源区，所述的ｐ型栅区上层叠有栅极氧化层和栅极电极，在ｐ型栅区和栅极氧化层之间有ＭＯＳ结构在栅区半导体表面形成的电子通道，所述的ｎ型源区上有源极电极，所述的ｐ型漏区上有漏极电极。本发明专利技术的台阶上的横向结构利用金属－氧化物－半导体接触的场效应用于控制器件的发光强度，纵向结构用于复合发光的产生，这样的结构具有高发光效率、高亮度，且控制方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种m-v族金属氧化物半导体发光场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
在现有技术中，发光二极管LED的基本结构是由p型电极、有源发光区 和N型电极构成。将LED的p端和n端接入电路中，通过恒流源供电，调节 LED的端电压即可控制LED的发光强度。目前，发光晶体管的制造技术还没 有成熟，尚处于初始研究阶段。其主要方法有 一种是按照传统晶体管原理制 造的NPN型发光晶体管器件，既利用器件的p型掺杂区发光，同时又作为基 区进行控制，但是，由于基区很薄，绝大部分电子没有及时与基区中的空穴复 合发光，而是直接穿过基区到达了n型掺杂集电区，大部分电子用来放大基区 电流，只有少数电子参与发光，发光效率不高。另一种是实空间转移发光晶体 管，是通过源极和漏极之间加正向电压时，电子在源极和漏极被加速到一定的 能量后，就可以通过实空间转移效应，进入有源区，与栅极注入到有源区的空 穴复合发光，但是，由于实空间转移效应的电子注入效率非常低，因此这种发 光晶体管的发光效率也非常低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中发光晶体管的发光效率低的缺陷，提供一种高发光效率、高亮度的m-v族金属氧化物半导体发光场效应晶体管及其 制备方法。本专利技术可以通过以下技术方案予以实现 一种III-V族金属氧化物半导体型发光场效应晶体管，包括纵向依次层叠的p型漏区、有源区、n型半导体层、缓冲层和衬底，所述的n型半导体层的横向台阶结构的左边为p型栅区，台阶 结构的右边为n型源区，所述的p型栅区上层叠有栅极氧化层和栅极电极，在 p型栅区和栅极氧化层之间有MOS结构在栅区半导体表面形成的电子通道， 所述的n型源区上有源极电极，所述的p型漏区上有漏极电极。本专利技术所述的m-V族化合物材料是采用III族的元素镓Ga、铝Al或铟In， 以及V族的氮N、砷As或磷P组成的化合物，所述的衬底的材料采用蓝宝石、 硅、炭化硅、砷化镓或磷化铟，所述的栅极电极的材料采用金属一氧化物一半 导体。本专利技术所述的ni-v族金属氧化物半导体型发光场效应晶体管的制备方 法，其步骤如下(1) 、利用金属有机气相淀积(MOCVD)或分子束外延(MBE)技术， 生长III-V族金属一氧化物—半导体材料。(2) 、选择一个衬底，生长缓冲层。(3) 、在缓冲层上生长掺杂浓度为1(^ 1(^cn^的n型材料。(4) 、继续生长多周期的超晶格结构，形成多量子阱有源区。(5) 、在多量子阱有源区上生长掺杂浓度为10 10、mJ的p型漏区， 得到MOS型发光场效应晶体管的外延片。(6) 、通过半导体平面工艺技术，利用光刻和化学腐蚀的方法，在n型层 表面刻蚀出台面结构。(7) 、在n型台面层沉积Si02氧化层，然后在SiCb氧化层刻蚀出窗口进 行离子注入或者扩散以制造出p型半导体区域，浓度为1015 1018cm-3，然后 再除去该Si02氧化层，再沉积栅极氧化层，再利用光刻的方法形成栅极电极 图形，利用蒸发方法蒸镀Pt/Au合金材料，形成栅极电极。(8) 、在台阶的右边源区刻蚀出源极电极图形，利用蒸发方法蒸镀Ti/Al/Au合金材料，形成源极电极。(9)、利用上述方法，在漏区制作漏极p型电极，得到带有控制端的m-v 族金属—氧化物一半导体型发光场效应晶体管。与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点本专利技术的台阶上的横向结构利 用金属一氧化物一半导体接触的场效应用于控制器件的发光强度，纵向结构用 于复合发光的产生，这样的结构具有高发光效率、高亮度，且控制方便，可 以替代当前的发光二极管，也可应用于光电互连、光电集成器件中。 附图说明图1是本专利技术的发光晶体管外延片经刻蚀后产生的台面结构图2是本专利技术的发光晶体管结构示意图。其中，l是衬底，2是缓冲层，3是n型半导体层，4是n型源区，5是源 极电极，6是p型栅区，7是栅极氧化层，8是栅极电极，9是有源区，10 是p型漏区，ll是漏极电极，12是MOS结构在栅区半导体表面形成的电子沟道，具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细描述。如图2所示，为本专利技术的发光晶体管结构示意图。本专利技术包括纵向依次层 叠的p型漏区10、有源区9、 n型半导体层3、缓冲层2、衬底1，所述的n 型半导体层3的台阶结构的左边为p型栅区6，台阶结构的右边为n型源区4, 所述的p型栅区6上层叠有栅极氧化层7和栅极电极8，在p型栅区6和栅极 氧化层7之间有MOS结构在栅区半导体表面形成的电子通道12，所述的n型 源区4上有源极电极5，所述的p型漏区IO上有漏极电极11。本专利技术所述的 n型源区4作为电子发射区，p型漏区10作为空穴发射区,p型栅区6作为沟通 控制区，有源区8作为发光区。本专利技术的工作原理是施加在栅极上的正向电压，使得栅极氧化物一半导 体界面处的能带发生弯曲，因此p型栅区6半导体表面的特性将从p型转化为n型，即在p型栅区6半导体表面产生了n型表面电子沟道。此时源极的电子 就可以通过栅极的表面沟道，可以通过大的电流。当器件正常工作时，在漏极 电极11和源极电极5之间加正向电压VDS，栅极电极8和源极电极5之间加 正向电压Ves，电子由有源区4经过由栅极电极8控制表面沟道12进入n型 半导体层3，当Vcs增大时，栅区表面电子沟道12宽度变宽，更多电子可以通过P型栅区。因此V(3S控制着栅极沟道的宽度，控制了通过栅区表面电子沟道12进入n型半导体层3的电子数量，起到了调节器件发光强度的作用。实施例利用III-V族化合物材料GaN材料制备MOS场效应晶体管。 一种M0S型 发光场效应晶体管，选用蓝宝石衬底，由源极、栅极、有源发光区和漏极构成。 在蓝宝石材料衬底1上形成缓冲层2，再形成n型半导体层3，继续生长多量 子阱有源发光层9和p型掺杂的漏区10，最后形成了外延片。然后刻蚀半导 体层3形成台阶结构，台阶的左边区域采用离子注入方法制造出p型半导体栅 区6，然后在p型栅区6上沉积MgO作为栅极氧化层7和栅极金属电极8， n 型半导体层3的右端为n型源区4， n型源区4上为源极电极5，漏区型欧姆 接触漏极ll。本实施例的发光晶体管的制备方法是利用MOCVD技术，生长GaN材 料。选择蓝宝石为半导体材料衬底l，生长0.5pm厚的GaN缓冲层2。缓冲层 2继续生长Si材料掺杂浓度为1019cm.3的n型半导体层3 。在生长Ini.xGaxN材 料时(0.03<x<0.95)，通过改变x的比值控制In材料的掺杂组分，在GaN的 n型电半导体层3上继续生长多周期的超晶格结构，形成多量子阱有源区9。 在多量子阱有源区9上生长Mg掺杂浓度为1018cnT3的GaN的p型漏区10，得到晶体管的外延片。通过半导体平面工艺技术，利用光刻和化学腐蚀的方法，在GaN的n型半导体层3上刻蚀出台面结构，再利用采用离子注入方法在n 型源区半导体层3上制造出p型栅区6，然后在p型栅区6上沉积MgO作为 栅极氧化层7，半导体层3的右端为n型源区4，最后分别在n型源区4，栅 极氧化层7和漏区10上光刻出电极图形，然后分别蒸镀Ti/Al/Au合金、Au/Pt 等合金等材料，形成源极电极5、栅极电极8和漏极电极11，得到带有栅极控 制端的MOS型发光场效应晶体管。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ－Ⅴ族金属氧化物半导体型发光场效应晶体管，包括纵向依次层叠的ｐ型漏区、有源区、ｎ型半导体层、缓冲层和衬底，其特征在于：所述的ｎ型半导体层的横向台阶结构的左边为ｐ型栅区，台阶结构的右边为ｎ型源区，所述的ｐ型栅区上层叠有栅极氧化层和栅极电极，在ｐ型栅区和栅极氧化层之间有ＭＯＳ结构在栅区半导体表面形成的电子通道，所述的ｎ型源区上有源极电极，所述的ｐ型漏区上有漏极电极。

【技术特征摘要】
1、一种III-V族金属氧化物半导体型发光场效应晶体管，包括纵向依次层叠的p型漏区、有源区、n型半导体层、缓冲层和衬底，其特征在于所述的n型半导体层的横向台阶结构的左边为p型栅区，台阶结构的右边为n型源区，所述的p型栅区上层叠有栅极氧化层和栅极电极，在p型栅区和栅极氧化层之间有MOS结构在栅区半导体表面形成的电子通道，所述的n型源区上有源极电极，所述的p型漏区上有漏极电极。2、 根据权利要求l所述的晶体管，其特征在于所述的III-V族化合物材 料是采用III族的元素镓Ga、铝Al或铟In，以及V族的氮N、砷As或磷P 制成的化合物。3、 根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于所述的衬底的材料采用 蓝宝石、硅、炭化硅、砷化镓或磷化铟。4，根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于所述的栅极电极的材料 采用金属一氧化物一半导体。5、 一种m-v族金属氧化物半导体型发光场效应晶体管的制备方法，其步骤如下(1) 、利用金属有机气相淀积MOCVD或分子束外延MBE技术，生长m-V 族金属一氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志友，张建中，孙慧卿，尉然，范广涵，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]