[发明专利]ppn型发光晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种PPn型发光晶体管及其制备方法。

背景技术

II-VI族和III-V族化合物具有直接带间跃迁的半导体发光材料，材料的发光波长覆盖从红外到紫外整个波段。

在现有技术中，LED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，在LED显示屏技术中，一般采用控制LED发光时间占空比的方法控制发光强度，即通过控制发光时间与不发光时间的比例来调节发光效果。但是，这种调节方法，需要使用晶体管提供灌电流输入，产生大量的热，同时调节起来相对不是很方便。

目前，还没有成熟的制造发光晶体管的技术，尚处于初始研究阶段。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。

发明内容

本发明的目的是针对现有发光晶体管的发光效率低的缺陷，提供一种基于III-V族化合物或者II-VI族化合物的高发光效率的ppn型发光晶体管。

本发明的另一个目的是提供上述ppn型发光晶体管的制备方法。

本发明的ppn型发光晶体管包括衬底、形成于衬底上的缓冲层、形成于缓冲层上的n型布拉格反射层、形成于n型布拉格反射层上的n型电子发射层、与n型电子发射层欧姆接触的发射电极、形成于n型电子发射层上的多量子阱有源发光层、形成于多量子阱有源发光层上的窄带隙p^-型基区层，与p^-型基区层通过欧姆接触形成的电极、通过突变同型异质结接触形成于p^-型基区层之上的宽带隙p⁺型掺杂的集电极层以及与p⁺型集电极层欧姆接触的电极。

所述窄带隙p^-型基区层厚度优选50—150nm。

所述衬底优选蓝宝石、硅、炭化硅、砷化镓或二氧化硅材料。

本发明中，III-V族化合物材料可以采用III族的Ga(镓)或Al(铝)元素，以及V族的N(氮)、As(砷)等元素组成的化合物，例如，p⁺型集电极层可由GaAs搀杂Mg材料制备得到，p^-型基区层可由GaAs搀杂Mg、In材料制备得到，多量子阱有源发光层可由GaAs搀杂In材料制备得到。

II-VI族化合物材料可以采用II族Zn元素，以及VI族O元素等元素组成的化合物，例如，p⁺型集电极层、p^-型基区层可由ZnO掺杂N、As材料制备得到，多量子阱有源发光层可由ZnO掺杂Be、Al材料制备得到。

本发明的发光晶体管的结构原理：由宽带隙的p⁺型集电区(空穴发射区)、窄带隙的p^-型基极控制区、有源发光区和n型电子发射区组成。包括一个半导体化合物材料衬底，在衬底上形成缓冲层，形成n型布拉格反射层，然后是n型电子发射层，再生长多量子阱有源发光层，继续生长窄带隙p^-型基区层，再生长突变窄宽带隙p⁺掺杂集电层，p^-型基区层与p⁺型掺杂集电区层通过突变同型异质结接触，最后形成了外延片，通过半导体平面工艺技术制备成相应的p⁺型电极、p^-型电极和n型电极，形成了晶体管器件。其中，在III-V族化合物中，如GaN、GaAs和GaP等材料，通过控制In材料的组分改变材料的带隙宽度形成控制区或发光区，利用Mg材料掺杂形成p型区，Si等掺杂形成n型区。