專利名稱：PERL(Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型硅基發(fā)光管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種與CMOS工藝兼容的PERL (Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型硅 基發(fā)光管的結(jié)構(gòu)，為p-n結(jié)正向注入模式發(fā)光，為方便與硅基CMOS集成電路相結(jié)合，采用 側(cè)面小面積發(fā)光，發(fā)光面釆用倒金字塔光陷阱結(jié)構(gòu)，光陷阱技術(shù)可以提高器件電光轉(zhuǎn)換效率， 該發(fā)明在光電子集成回路中具有廣闊的應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
由于硅材料在微電子集成領(lǐng)域有著不可替代的地位，以及微電子工藝的飛速發(fā)展，硅基發(fā) 光器件是影響到微電子和光電子兩大信息技術(shù)更進(jìn)一步結(jié)合實(shí)現(xiàn)光電子單片集成的關(guān)鍵問題。近幾十年來對(duì)硅基發(fā)光的研究中比較重要的有硅中摻鉺(Er)發(fā)光、硅基MIS結(jié)構(gòu)發(fā) 光、多孔硅和富硅氧化物(SRSO)發(fā)光、納米硅發(fā)光、FeSi2發(fā)光、與CMOS工藝兼容硅p-n 結(jié)擊穿發(fā)光、GeSi/Si多量子阱發(fā)光、硅p-n結(jié)位錯(cuò)環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)光、硅基量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)光等。 然而這些結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，器件結(jié)構(gòu)和制造工藝不能與CMOS工藝兼容、電一光轉(zhuǎn)換效率較低、 光發(fā)射功率較低、不能與光接收機(jī)相匹配、發(fā)光波長與應(yīng)用方面的要求不匹配、發(fā)光功率有 衰退現(xiàn)象。為改善全硅發(fā)光較弱的缺點(diǎn)，研究的要點(diǎn)是設(shè)法減少非輻射復(fù)合的幾率，增大輻 射復(fù)合幾率，以增加光電轉(zhuǎn)換效率。因此設(shè)計(jì)新的器件結(jié)構(gòu)，采取各種減少非輻射復(fù)合幾率 的方法，有望得到與CMOS工藝兼容的高電功率/光功率轉(zhuǎn)換的硅基LED。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種PERL (Passivated Emitter Rear Locally Diffosed)型硅基發(fā)光管的結(jié)構(gòu)，其特征在于1) 所設(shè)計(jì)器件通過改進(jìn)PERL型太陽能電池結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)側(cè)面小面積發(fā)光的PERL型硅基發(fā)光 管的設(shè)計(jì)；2) 單側(cè)注入n型層，形成p-n結(jié)結(jié)構(gòu)。3) 利用p-n結(jié)正向注入原理實(shí)現(xiàn)硅基發(fā)光。4) 發(fā)光面釆用倒金字塔絨面結(jié)構(gòu)，其與金屬背反射電極形成光陷阱，提高發(fā)光功率。5) 器件結(jié)構(gòu)采用了PERL型側(cè)面單邊發(fā)光結(jié)構(gòu)，電極在器件上下兩側(cè)，均為鋁電極，左邊 為反射背電極，右側(cè)為小面積發(fā)光，便于與硅基CMOS集成電路結(jié)合。同時(shí)在電極與半導(dǎo)體 材料之間用高質(zhì)量的Si02鈍化，減少表面復(fù)合，增強(qiáng)輻射復(fù)合幾率。電極接觸孔處釆用重?fù)?雜，減小接觸電導(dǎo)損失。


為進(jìn)一步說明本專利的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明于后，其中 圖1器件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體材料，發(fā)光強(qiáng)度較弱，對(duì)于硅基LED的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是減少器件的 非輻射復(fù)合幾率，增加輻射復(fù)合幾率?？紤]到與CMOS集成電路工藝和應(yīng)用方面的要求，本 發(fā)明根據(jù)原有的PERL型硅基太陽能電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出新型的PERL硅基LED 器件結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖l所示。采用右側(cè)面單邊小面積發(fā)光，以便與硅基CMOS集成電路結(jié) 合。鋁正負(fù)電極在器件的上下兩側(cè)，左側(cè)為鋁背反射電極。由于光陷阱對(duì)提高電光轉(zhuǎn)換效率 具有顯著的作用，右發(fā)光面采用倒金字塔絨面結(jié)構(gòu)。同時(shí)在電極與半導(dǎo)體材料之間用高質(zhì)量 的SiCb鈍化，減少表面復(fù)合，增強(qiáng)輻射復(fù)合幾率。結(jié)構(gòu)中釆用N+區(qū)(重?fù)诫s磷)，P+區(qū)(重 摻雜硼)作為金屬接觸孔，以減少金屬接觸電導(dǎo)損失。從發(fā)光角度看，該器件采用單側(cè)輕摻 雜n型層形成p-n結(jié)，在p-n結(jié)正向注入發(fā)光模式下實(shí)現(xiàn)硅基發(fā)光。
權(quán)利要求
1.一種PERL型硅基發(fā)光管，結(jié)構(gòu)包括Al正負(fù)電極、Al背反射電極、倒金字塔絨面結(jié)構(gòu)、輕摻雜n型層、高質(zhì)量的SiO2鈍化層、重?fù)诫s電極接觸孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PERL型硅基發(fā)光管，其特征在于通過改進(jìn)PERL型太陽能電池結(jié) 構(gòu)實(shí)現(xiàn)側(cè)面小面積發(fā)光的PERL型硅基發(fā)光管，利用p-n結(jié)正向注入原理實(shí)現(xiàn)硅基發(fā)光，所 設(shè)計(jì)器件可以與CMOS工藝兼容。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PERL型硅基發(fā)光管，其特征在于器件結(jié)構(gòu)采用了PERL型側(cè)面單 邊發(fā)光結(jié)構(gòu)，左側(cè)為A1反射背電極，右側(cè)為倒金字塔絨面發(fā)光結(jié)構(gòu)，金屬背反射電極和倒金 字塔絨面結(jié)構(gòu)形成光陷阱，提高出光效率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PERL型硅基發(fā)光管，其特征在于在電極與半導(dǎo)體材料之間采用高 質(zhì)量的Si02鈍化，減少表面復(fù)合，增強(qiáng)輻射復(fù)合幾率；同時(shí)Si/Si02/Al電極結(jié)構(gòu)可形成全內(nèi) 反射層以阻止光從器件上下表面出射，增強(qiáng)側(cè)面出光效率。
全文摘要
本發(fā)明是一種與CMOS工藝兼容的PERL(Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型硅基發(fā)光管器件的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特征在于所設(shè)計(jì)的PERL型硅基發(fā)光管為側(cè)面小面積發(fā)光結(jié)構(gòu)，單側(cè)注入n型層形成p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，在p-n結(jié)正向注入模式下實(shí)現(xiàn)硅基發(fā)光，發(fā)光面采用倒金字塔絨面結(jié)構(gòu)，其與金屬背反射電極共同形成光陷阱，提高發(fā)光功率。鋁正負(fù)電極在器件的上下兩側(cè)，左側(cè)為鋁背反射背電極，右側(cè)為小面積發(fā)光，便于與硅基CMOS集成電路結(jié)合。同時(shí)在電極與半導(dǎo)體材料之間用高質(zhì)量的SiO₂鈍化，減少表面復(fù)合，增強(qiáng)輻射復(fù)合幾率。電極接觸孔處采用重?fù)诫s，減小接觸電導(dǎo)損失。這種新型的硅基發(fā)光管結(jié)構(gòu)在下一代集成電路中作為芯片之間或芯片內(nèi)部的光互連具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101257078SQ200810052779
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者偉 劉, 李曉云, 楊廣華, 牛萍娟, 郭維廉, 高鐵成 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)