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具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管的制作方法

文檔序號(hào):7123631閱讀:168來源:國(guó)知局
專利名稱:具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),且特別是有關(guān)于一種具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管。
背景技術(shù)
發(fā)光二極管(Light-emitting diode, LED)主要是通過電能轉(zhuǎn)化為光能的方式發(fā)光。傳統(tǒng)的水平式發(fā)光二極管包括一依序由電子傳輸層、發(fā)光層以及空穴注入層堆迭所形成的平臺(tái)狀外延堆迭結(jié)構(gòu)。當(dāng)提供電能至發(fā)光二極管時(shí),電流通過外延堆迭結(jié)構(gòu),且外延堆迭結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子與空穴結(jié)合后釋放能量,并以光的形式發(fā)出。發(fā)光二極管可經(jīng)由電子傳導(dǎo)或空穴傳導(dǎo)的方式傳輸電流??昭ū旧聿粫?huì)移動(dòng),但是其它電子可以移動(dòng)到這個(gè)空穴上面,等效于空穴本身往反方向移動(dòng)。相對(duì)于帶負(fù)電荷的電子,空穴為帶正電荷。通常,外延堆迭結(jié)構(gòu)是以有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法形成電子傳輸層與空穴注入層,再分別加入施體(donor)與受體(acceptor)于電子傳輸層與空穴注入層中。當(dāng)加入施體于電子傳輸層后,電子獲得能量會(huì)躍遷至導(dǎo)電帶,而獲得多余電子以提供傳導(dǎo)的電子傳輸層則稱為η型半導(dǎo)體(n-type semiconductor)層,η代表帶負(fù)電荷的電子。此外,當(dāng)加入受體于空穴注入層后,因?yàn)槠鋬r(jià)電子數(shù)目比半導(dǎo)體原子的價(jià)電子數(shù)量少,等效上會(huì)帶來一個(gè)的空位,這個(gè)多出的空位即可視為空穴,故具有多余空穴的空穴注入層則稱為P型半導(dǎo)體(p-type semiconductor)層,p代表帶正電荷的空穴。然而,P型半導(dǎo)體層受限于成長(zhǎng)的方式,其空穴濃度不夠高,大概只有IO1Vcm3左右,故電子與空穴復(fù)合的數(shù)量較低,使得發(fā)光二極管的亮度無法再提高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是有關(guān)于一種具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管,其經(jīng)由離子植入(1n implantation)的方式來增加所摻雜的p型雜質(zhì)濃度,使得電子與空穴復(fù)合的數(shù)量隨著空穴濃度增加而增加,進(jìn)而提高發(fā)光的亮度。根據(jù)本實(shí)用新型的一方面,提出一種具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括一基板、一電子傳輸層、一發(fā)光層以及一空穴注入層。電子傳輸層位于基板上。發(fā)光層位于電子傳輸層上。空穴注入層位于發(fā)光層上,其中空穴注入層具有至少1018 102°/cm3的空穴濃度。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面,提出一種具有高空穴濃度的發(fā)光二極管,包括一基板、一電子傳輸層、一發(fā)光層、一空穴注入層、一第一電極以及一第二電極。電子傳輸層位于基板上。發(fā)光層位于電子傳輸層上且露出部分電子傳輸層。空穴注入層位于發(fā)光層上,其中空穴注入層具有至少IO18 102°/cm3的空穴濃度。第一電極位于露出部分的電子傳輸層上,而第二電極位于空穴注入層上。為了對(duì)本實(shí)用新型的上述及其他方面有更佳的了解,下文特舉較佳實(shí)施例,并配合附圖,作詳細(xì)說明如下。
圖1A繪示依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖1B繪示依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的具有高空穴濃度的發(fā)光二極管的示意圖。圖2A 2C繪示依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管的制造過程示意圖。主要元件符號(hào)說明:10:半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)20:發(fā)光二極管100:基板102:電子傳輸層104:發(fā)光層106:空穴注入層108:平臺(tái)狀外延堆迭結(jié)構(gòu)110:透明導(dǎo)電層115:第一電極117:第二電極S:p型雜質(zhì)
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例揭露的具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及發(fā)光二極管,是以離子植入的方式來增加所摻雜的P型雜質(zhì)濃度。舉例來說,在氮化鎵(GaN)的半導(dǎo)體層中摻雜高濃度的鎂離子或鈣離子,由于其價(jià)電子數(shù)目比半導(dǎo)體原子的價(jià)電子數(shù)量少,而多出的空位即可視為空穴,以提高空穴注入層的空穴濃度。當(dāng)空穴注入層摻雜的雜質(zhì)濃度越大時(shí),空穴注入層會(huì)表現(xiàn)出如同金屬導(dǎo)體般(類金屬)的電性,使得發(fā)光二極管內(nèi)將有更多的電流在電壓作用下從空穴注入層流向電子傳輸層,進(jìn)而提高電子與空穴的復(fù)合數(shù)量。當(dāng)電子與空穴于發(fā)光層中相遇而產(chǎn)生復(fù)合時(shí),會(huì)以光子的形式釋放出能量。以下提出實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明,實(shí)施例僅用以作為范例說明,并非用以限縮本實(shí)用新型欲保護(hù)的范圍。圖1A及圖1B分別繪示依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10及發(fā)光二極管20的示意圖。圖2A 2C繪示依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10及發(fā)光二極管20的制造過程示意圖。請(qǐng)先參照?qǐng)D1A,其繪示依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10,包括一基板100、一電子傳輸層102、一發(fā)光層104以及一空穴注入層106。電子傳輸層102位于基板100上,發(fā)光層104位于電子傳輸層102上,而空穴注入層106則位于發(fā)光層104上?;?00可為娃基板、氣化嫁基板、碳化娃基板、監(jiān)寶石基板或以上述材質(zhì)再進(jìn)打圖形化等加工的基板,但并不以此為限。電子傳輸層102及空穴注入層106是由一 II1-V族化合物半導(dǎo)體材料所制成,πι-v族化合物半導(dǎo)體材料例如可為氮化鎵、氮化銦鎵、砷化鎵或其組合??昭ㄗ⑷雽?06具有至少IO18 102°/cm3的高空穴濃度,較佳為IO19 102°/cm3??昭ㄗ⑷雽?06可經(jīng)由離子植入來增加P型雜質(zhì)S濃度,進(jìn)而可提高空穴濃度。所摻雜的P型雜質(zhì)例如可為周期表第II族的鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)或第I族的鋰(Li)、鉀(K)、鈉(Na)、銣(Rb)等元素。請(qǐng)續(xù)參圖1B,其繪示依照本實(shí)用新型一實(shí)施例的發(fā)光二極管20示意圖。發(fā)光二極管20例如為水平式發(fā)光二極管,其包括一基板100、一電子傳輸層102、一發(fā)光層104、一空穴注入層106、一透明導(dǎo)電層110、一第一電極115以及一第二電極117。電子傳輸層102位于基板100上。發(fā)光層104位于電子傳輸層102上且露出部分電子傳輸層102。空穴注入層106位于發(fā)光層104上,而透明導(dǎo)電層110位于空穴注入層106上。第一電極115位于露出部分的電子傳輸層102上,而第二電極117位于透明導(dǎo)電層110 上。透明導(dǎo)電層110的材質(zhì)例如為銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)等透明材質(zhì),其具有電流擴(kuò)散的效果,使電流能均勻地由空穴注入層106流至發(fā)光層104,以改善電流分布不均的問題,但于其他實(shí)施例中,透明導(dǎo)電層110可被省略?;?00、電子傳輸層102以及空穴注入層106的材料,其選用條件如前所述者,于此不再贅述。以下將介紹半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10與發(fā)光二極管20的制造過程。請(qǐng)參照?qǐng)D2A,于一基板100上依序形成一電子傳輸層102、一發(fā)光層104以及一空穴注入層106?;?00例如為硅基板、氮化鎵基板、碳化硅基板、藍(lán)寶石基板或以上述材質(zhì)再進(jìn)行圖形化等加工的基板。電子傳輸層102及空穴注入層106是由一 II1-V族化合物半導(dǎo)體材料所制成,II1-V族化合物半導(dǎo)體材料例如可為氮化鎵、氮化銦鎵、砷化鎵或其組合。接著,以離子植入的方式來提高空穴注入層106所摻雜的P型雜質(zhì)S濃度。摻雜的P型雜質(zhì)S例如可為周期表第II族的鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)或第I族的鋰(Li)、鉀(K)、鈉(Na)、銣(Rb)等元素。隨后,使用快速回火工藝(Rapid thermalannealing process)來活化植入的p型雜質(zhì)S,讓空穴注入層106的空穴濃度達(dá)到至少IO1Vcm3以上,較佳為IOl9 102°/cm3。到此步驟為止,即可獲得根據(jù)本實(shí)用新型的具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。請(qǐng)續(xù)參圖2B,以蒸鍍或?yàn)R鍍的方式形成一透明導(dǎo)電層110于空穴注入層106上。透明導(dǎo)電層110的材質(zhì)例如為銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)等透明材質(zhì),其具有電流擴(kuò)散的效果,使電流能均勻地由空穴注入層106流至發(fā)光層104,以改善電流分布不均的問題。接著,以曝光顯影的方式定義一光阻開口(未繪示),再利用蝕刻液蝕刻位于光阻開口內(nèi)的透明導(dǎo)電層110,以保留部分透明導(dǎo)電層110于空穴注入層106上,接著以感應(yīng)耦合等離子體(Inductively coupled plasma, ICP)蝕刻位于光阻開口中的空穴注入層106,再向下蝕刻發(fā)光層104及電子傳輸層102,直到露出部分的電子傳輸層102為止,以形成一平臺(tái)狀外延堆迭結(jié)構(gòu)108于基板100上。接著,請(qǐng)參照?qǐng)D2C,形成一第一電極115于露出部分的電子傳輸層102上,以及形成一第二電極117于透明導(dǎo)電層110上,進(jìn)而可獲得根據(jù)本實(shí)用新型的具有高空穴濃度的發(fā)光二極管20。由于本實(shí)用新型經(jīng)由離子植入的方式來提高空穴注入層摻雜的P型雜質(zhì)濃度,即提高空穴注入層的空穴濃度至至少IO18 102°/cm3,使得電子與空穴復(fù)合的數(shù)量隨著空穴濃度增加而增加,進(jìn)而可提高發(fā)光的亮度。[0037]綜上所述,雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上,然其并非用以限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者,在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此,本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 一基板; 一電子傳輸層,位于該基板上; 一發(fā)光層,位于該電子傳輸層上;以及 一空穴注入層,位于該發(fā)光層上,其中該空穴注入層具有至少IO18 102°/cm3的空穴濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),其特征在于,該空穴注入層具有至少IO19 102°/cm3的空穴濃度。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),其特征在于,該基板為硅基板、氮化鎵基板、碳化硅基板或藍(lán)寶石基板。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),其特征在于,該電子傳輸層與該空穴注入層是由一 II1-V族化合物半導(dǎo)體材料所制成。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),其特征在于,該空穴注入層包含有一P型雜質(zhì)。
6.一種具有高空穴濃度的發(fā)光二極管,包括: 一基板; 一電子傳輸層,位于該基板上; 一發(fā)光層,位于該電子傳輸層上且露出部分該電子傳輸層; 一空穴注入層,位于該發(fā)光層上,其中該空穴注入層具有至少IO18 102°/cm3的空穴濃度; 一第一電極,位于該露出部分的該電子傳輸層上;以及 一第二電極,位于該空穴注入層上。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管,其特征在于,該空穴注入層具有至少IO19 102°/cm3的空穴濃度。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管,其特征在于,該空穴注入層包含有一P型雜質(zhì)。
專利摘要一種具有高空穴濃度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括一基板、一電子傳輸層、一發(fā)光層以及一空穴注入層。電子傳輸層位于基板上。發(fā)光層位于電子傳輸層上??昭ㄗ⑷雽游挥诎l(fā)光層上,其中空穴注入層具有至少1018~1020/cm3的空穴濃度。
文檔編號(hào)H01L33/14GK202940268SQ201220316929
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者陳曉煒, 孫謝陽 申請(qǐng)人:西安華新聯(lián)合科技有限公司
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