[发明专利]具有载流子注入的硅发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及光电子器件，并且更具体的，涉及一种由间接带隙半导体材料制造的发光器件以及一种在间接带隙半导体材料中产生光的方法。

背景技术

在US 6,111,271中公开了一种由间接带隙半导体材料(诸如，硅)制造的多端发光器件。该多端器件包括第一pn结以及第二pn结。在使用中，端子被设置来将第一结反向偏置为雪崩或场发射模式以产生光，并将第二结正向偏置，以将“冷”载流子注入到雪崩或场发射区域中，从而引起该“冷”载流子和通过雪崩或场发射激励的“热”载流子的辐射复合并增加器件的光产生效率。

然而，在根据标准CMOS工艺制造的器件中，已经发现由于这样的器件的横向布局，有限百分比的注入载流子到达处于雪崩或场发射击穿中的反向偏置结区域。大多数的注入载流子被经由第二结的底壁垂直地注入到体材料中以在该体材料中复合，或者被经由第二结的侧壁横向地在其他方向上注入，从而仅一小部分的注入载流子到达处于雪崩或场发射击穿中的反向偏置结区域。

另一个问题是：体材料中的掩埋氧化物隔离区域可以将注入载流子与雪崩或场发射区域屏蔽开，从而进一步减小到达该雪崩或场发射区域的注入载流子的数目，所述体材料中的掩埋氧化物隔离区域是局部氧化或浅沟槽隔离技术的典型结果，该区域被用于减小结的侧壁效应(sidewall effect)。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是提供一种替代的发光器件以及产生光的方法，申请人相信利用该发光器件和产生光的方法至少可以减轻上述的不利。

根据本发明，提供了一种发光器件，其包括：

-间接带隙半导体材料的第一主体；

-在该主体内的第一结区域，其形成在该主体的第一掺杂类型的第一区域和该主体的第二掺杂类型的第二区域之间；

-在该主体内的第二结区域，其形成在该主体的第二区域和该主体的第一掺杂类型的第三区域之间；

-所述第一和第二结区域被彼此间隔开不超出少数载流子扩散长度；

-端子布置，其连接到该主体的所述第一、第二和第三区域，在使用时用于将第一结区域反向偏置成雪崩或场发射模式以及用于将第二结区域正向偏置以将载流子注入到第一结区域中；以及

-隔离材料(isolation material)的第二主体，其与所述第三区域的至少一个壁紧邻，从而减少来自所述第三区域的寄生注入。

可以将所述第一和第二结区域对准(align)。优选将所述第一和第二结区域轴向地对准，并且所述第一和第二结区域彼此平行地延伸以彼此面对。

可以将所述第一主体包封在所述第二主体中。

可以利用绝缘体上硅(SOI)互补金属氧化物半导体(CMOS)技术将所述第一主体包封在所述第二主体中。

第二主体可以设置在体材料的主体的表面上；第一和第二结区域可以在第一主体的相对的第一和第二壁之间延伸，并且第二壁可以位于第一壁和所述表面之间。

第二主体的掩埋部分或壁可以将第一主体的第二壁与体材料层的表面间隔开。

所述掩埋壁可以被配置作为对于向所述体材料传播的光子的反射器。

第一主体的第一壁在横截面中可以是凹形的。第一壁在横截面中可以是成圆角的(radiussed)。

根据本发明另一方面，一种在间接带隙半导体材料中产生光的方法，包括以下步骤：

-利用间接带隙半导体材料的第一主体中的第一结区域和在该主体内的第二结区域，该第一结区域形成在该主体的第一掺杂类型的第一区域和该主体的第二掺杂类型的第二区域之间，该第二结区域形成在该主体的第二区域和该主体的第一掺杂类型的第三区域之间；

-将第一结区域反向偏置成雪崩或场发射模式，使得产生光；

-将第二结区域正向偏置以将载流子注入到第一结区域中；以及

-利用通过隔离材料的第二主体对所述第三区域的至少一个壁的终止，来减少来自所述第三区域的寄生注入。

本发明的范围还进一步包括一种发光器件，其包括：

-间接带隙半导体材料的第一主体；

-在该主体内的第一结区域，其形成在该主体的第一掺杂类型的第一区域和该主体的第二掺杂类型的第二区域之间；

-端子布置，其连接到该主体的第一和第二区域，在使用时，用于将第一结区域反向偏置成雪崩或场发射模式；以及

-隔离材料的第二主体，其紧邻第一区域的至少一个壁。

本发明的范围还进一步包括一种在间接带隙半导体材料中产生光的方法，所述方法包括以下步骤：