CN105810707A - 高电子迁移率发光晶体管的结构 - Google Patents

高电子迁移率发光晶体管的结构 Download PDF

Info

Publication number
CN105810707A
CN105810707A CN201410852647.7A CN201410852647A CN105810707A CN 105810707 A CN105810707 A CN 105810707A CN 201410852647 A CN201410852647 A CN 201410852647A CN 105810707 A CN105810707 A CN 105810707A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
electrode ohmic
cushion
barrier layer
drain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410852647.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105810707B (zh
Inventor
黄智方
李奕辰
张庭辅
郑克勇
王佑立
吴浚宏
杨伟臣
邱绍谚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201410852647.7A priority Critical patent/CN105810707B/zh
Publication of CN105810707A publication Critical patent/CN105810707A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105810707B publication Critical patent/CN105810707B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

本发明提供了一种高电子迁移率发光晶体管的结构，结构包含：基板；高迁移率晶体管(简称HEMT)区设置于基板上；氮化镓发光二极管(GaN-LED，简称LED)区设置于该基板上；其中，HEMT区与LED区皆存在二维电子气层，且HEMT区通过二维电子气层耦接LED区。本发明可以产生不同波长的光，并且可以控制LED区的光源亮度。

Description

高电子迁移率发光晶体管的结构
技术领域
本发明关于一种高电子迁移率发光晶体管的结构，尤指一种HEMT內建LED的结构。
背景技术
氮化铝镓/氮化镓高速电子迁移率晶体管场效应晶体管(AlGaN/GaNHEMT)在高温、高频率和高功率的应用具有极高的优越性；除了氮化镓应用于场效应晶体管外，因为氮化镓的直接能隙(directbandgap)为3.4eV的特性，故氮化镓也适合应用于发光装置，其氮化镓和其相关的三元化合物(ternarycompound)发出的光的波长范围很广，从绿色、蓝色至UV光皆有，故氮化镓工艺的发光二极管已被广泛使用。
发明内容
本发明提供一种高电子迁移率发光晶体管的结构，解决现有技术中LED区的光源亮度不可控的问题。
本发明的目的之一，是在提供一种高电子迁移率发光晶体管的结构，为III-V族晶体管结构。
本发明的目的之一，是在提供一种高电子迁移率发光晶体管的结构，其结构包含一个高迁移率晶体管(以下简称HEMT)和一个耦接氮化镓发光二极管(GaN-LED，以下简称LED)的结构。
本发明提供一种HEMT耦接LED的结构，该结构包含：一基板；一HEMT区，设置于基板上；以及一LED区，设置于基板上；其中，HEMT区与LED区皆存在一2DEG层，且HEMT区通过2DEG层耦接LED区。
本发明提供一种高电子迁移率发光晶体管的结构，可以产生不同波长的光，并且可以控制LED区的光源亮度，并达到HEMT与LED为一体的结构；本发明还通过多层量子井增加电子、电洞复合机率，以增加LED区的发光效率和不同波段的光波。
附图说明
图1～6显示本发明HEMT耦接LED的结构于一实施例示意图。
符号说明：
100、200、300、400、500、600结构
10、20、30、40、50、602DEG层
101、201、301、401、501、601基板
102、202、302、402、502、602HEMT区
103、203、303、403、503、603缓冲层
104、204、304、404a、404b、504、604阻障层
105、205、305、405、505、605栅极层
106、206、306、406、506、606源极欧姆接触层
107、207、209、307、408、507、607p型半导体层
108、208、308、409、508、608漏极欧姆接触层
309、407、407a、407b、407c介电层
LLED区
具体实施方式
请参阅图1，图1显示本发明高电子迁移率发光晶体管的结构于一实施例示意图。结构100包含：基板101、HEMT区102、LED区L。
HEMT区102设置于基板101上；以及，LED区L也设置于基板101上。在本实施例中，基板101可为硅(Si)基板、或氮化镓基板、或蓝宝时基板、或碳化硅所实现。
结构100包含缓冲层(Buffer)103、以及阻障层(Barrier)104。缓冲层103设置于基板101上；以及阻障层104设置于缓冲层103上，阻障层104覆盖部分缓冲层103。
在本实施例中，HEMT区102包含：栅极(Gate)层105、源极欧姆接触(Sourceohmiccontact)层106。栅极层105设置于阻障层104上，且覆盖部分阻障层104；以及源极欧姆接触层106，设置于缓冲层103上，源极欧姆接触层106覆盖部分缓冲层103且接触阻障层104。
相对应地，LED区L包含：p型氮化镓(以下简称p型半导体)层107、漏极欧姆接触(Drainohmiccontact)层108。p型半导体层107设置于阻障层104上，并覆盖部分阻障层104；以及漏极欧姆接触层108设置于p型半导体层107上。
在一实施例中，源极欧姆接触层106由锑铝镍金合金(Ti/Al/Ni/Au)所实现，栅极层105由镍金合金(Ni/Au)所实现，p型半导体层107可由p型氮化镓所实现。
除此之外，缓冲层103的能隙小于阻障层104，且缓冲层103与阻障层104也可由III-V族材料所实现，例如：氮化铝镓(AlGaN)、或氮化镓(GaN)、或氮化铝(AlN)等，本发明不应以此为限。在本发明中，其缓冲层103为氮化镓(GaN)所实现，而阻障层104由氮化铝镓(AlyGa1-yN)所实现，其中y可为0.25。
其中，该漏极欧姆接触层108的材质为一金属或一金属氧化物所实现，例如：镍金合金或氧化铟锡(IndiumTinOxide，ITO)；栅极层105设置于源极欧姆接触层106与漏极欧姆接触层108之间。
HEMT区102与该LED区L皆存在二维电子气(2DEG)层10，结构100的HEMT区102通过2DEG层10串联LED区102。
在此请注意，HEMT区102与LED区L设置于缓冲层103上，本发明结合两种具有不同能隙的半导体材料，阻障层104与缓冲层103之间极化效应(PolarizationEffect)，故阻障层104与缓冲层103交界面处生成2DEG层10，作为一个电子流组成的电流通路，换言之，本发明2DEG层10可提供电子，由p型半导体层107提供电洞，由电子与电洞结合而产生不同波长的光。
另外，可通过栅极层105加载电压以关闭漏极欧姆接触层108与源极欧姆接触层106之间电流来达到控制LED区L的光源亮度。
接着请参阅图2，图2显示本发明高电子迁移率发光晶体管的结构于一实施例示意图。结构200与100的差异在于，HEMT区202还包含p型半导体层209，其中栅极层205覆盖p型半导体层209，且p型半导体层209设置于阻障层204与栅极层205之间。
在本实施例中，p型半导体层209与缓冲层203形成PN接面，p型半导体层209耗尽2DEG层20的电子浓度，以关闭2DEG层20，借此实现增强型元件(Enhancement-Mode，E-MO)。
接着请参阅图3，图3显示本发明高电子迁移率发光晶体管的结构于一实施例示意图。结构300与100的差异在于，HEMT区302包含一介电层309；介电层309设置于栅极层305与阻障层304之间，且介电层309覆盖部分阻障层304。
本实施例中，当栅极层305被给予电压时，栅极层305利用介电层309降低被介电层309所覆盖区域的2DEG层30的电子浓度，借此实现耗尽型元件(DepletionMODE，D-MO)。
接着请参阅图4，图4显示本发明高电子迁移率发光晶体管的结构于一实施例示意图。同前所述，结构400包含具有基板401、HEMT区402、LED区L、缓冲层403。
HEMT区402还包含：阻障层404a、404b、T型栅极层405、源极欧姆接触层406、以及介电层407；而LED区L包含：p型半导体层408与漏极欧姆接触层409。HEMT区402与LED区L设置于缓冲层403上，且2DEG层40存在于缓冲层403与阻障层404a、404b之间。
阻障层404a、404b分别设置于介电层407两侧边，且阻障层404a、404b设置于缓冲层403上并覆盖部分缓冲层403。
介电层407具有部位407a、407b、以及407c，部位407a设置于缓冲层403上，部位407b覆盖阻障层404a，而部位407c覆盖阻障层404b。
T型栅极层405设置介电层407上，且T型栅极层405部分区域覆盖部分部位407a与部分部位407b、以及部分部位407c。
源极欧姆接触层406设置于缓冲层403上，源极欧姆接触层406覆盖部分缓冲层403且接触阻障层404a与部位407b。
p型半导体层408设置于阻障层404b上，且p型半导体层408覆盖部分阻障层404b；以及，漏极欧姆接触层409，设置于p型半导体层408上，且p型半导体层408接触部位407c。
同前所述，本实施例中，当T型栅极层405被给予电压时，T型栅极层405利用介电层407增加被介电层407所覆盖区域的2DEG层40的电子浓度，此时介电层407与缓冲层403出现2DEG层40，借此实现增强型元件，换言之，T型栅极层导通电压与否以决定部位407a与缓冲层403之间是否存在2DEG层40，其余操作原理同前所述，在此不另行赘述。
接着请参考图5，图5显示本发明高电子迁移率发光晶体管的结构于一实施例示意图。结构500与100差异在于，LED区L包含一量子井(QuantumWell)QW，且量子井QW设置于阻障层504与p型半导体层507之间。
在本实例中，结构500因电洞都被局限在量子井的宽度范围，也可通过多层量子井QW增加电子、电洞复合机率，以增加LED区L的发光效率和不同波段的光波，量子井QW可由氮化铟镓/氮化镓(InGaN/GaN)所实现。
接着请参考图6，图6显示本发明高电子迁移率发光晶体管的结构于一实施例示意图。结构600与100差异在于，量子井QW设置于缓冲层603与阻障层604之间(如粗框线所示)，且2DEG层60也存在于缓冲层603与阻障层604间，在本实施例中，2DEG层60存在于量子井QW内。
综上所述，本发明利用HEMT通过2DEG串联LED，并通过栅极电压控制LED发光强度，以达到HEMT与LED为一体的结构。

Claims (10)

1.一种高电子迁移率发光晶体管的结构，其特征在于，该结构包含：
一基板；
一高迁移率晶体管HEMT区，设置于该基板上；以及
一氮化镓发光二极管LED区，设置于该基板上；
其中，该HEMT区与该LED区皆存在一二维电子气2DEG层，且该HEMT区通过该2DEG层串联该LED区。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该结构还包含：
一缓冲层，设置于该基板上；以及
一阻障层，设置于该缓冲层上并覆盖部分该缓冲层；
其中，该HEMT区与该LED区设置于该缓冲层上，且该2DEG层存在于该缓冲层与该阻障层之间。
3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该HEMT区包含：
一栅极层，设置于该阻障层上，且覆盖部分该阻障层；以及
一源极欧姆接触层，设置于该缓冲层上，该源极欧姆接触层覆盖部分该缓冲层且接触该阻障层；以及
该LED区包含：
一p型半导体层，设置于该阻障层上，并覆盖部分该阻障层；以及
一漏极欧姆接触层，设置于该p型半导体层上；
其中，该漏极欧姆接触层的材质为一金属或一金属氧化物，且该栅极层设置于该源极欧姆接触层与该漏极欧姆接触层之间。
4.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该HEMT区包含：
一第一p型半导体层，设置于该阻障层上，并覆盖部分该阻障层；
一栅极层，设置并覆盖第一p型半导体层上；以及
一源极欧姆接触层，设置于该缓冲层上，该源极欧姆接触层覆盖部分该缓冲层且接触该阻障层；以及
该LED区包含：
一第二p型半导体层，设置于该阻障层上并覆盖部分该阻障层；以及
一漏极欧姆接触层，设置于该第二p型半导体层上；
其中，该漏极欧姆接触层的材质为一金属或一金属氧化物，且该栅极层设置于该源极欧姆接触层与该漏极欧姆接触层之间。
5.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该HEMT区包含：
一栅极层，设置于该阻障层上；以及
一源极欧姆接触层，设置于该缓冲层上，该源极欧姆接触层覆盖部分该缓冲层且接触该阻障层；以及
该LED区包含：
一p型半导体层，设置于该阻障层上；以及
一漏极欧姆接触层，设置于该p型半导体层上；
其中，该漏极欧姆接触层的材质为一金属或一金属氧化物，且该栅极层设置于该源极欧姆接触层与该漏极欧姆接触层之间。
6.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该HEMT区包含：
一栅极层，设置于该阻障层上；
一介电层，设置于该栅极层与该阻障层之间，且该介电层覆盖部分该阻障层；以及
一源极欧姆接触层，设置于该缓冲层上，该源极欧姆接触层覆盖部分该缓冲层且接触该阻障层；以及
该LED区包含：
一p型半导体层，设置于该阻障层上；以及
一漏极欧姆接触层，设置于该p型半导体层上；
其中，该漏极欧姆接触层的材质为一金属或一金属氧化物，且该栅极层设置于该源极欧姆接触层与该漏极欧姆接触层之间。
7.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该HEMT区包含：
一第一阻障层，设置并覆盖于该缓冲层上；以及
一第二阻障层，设置并覆盖于该缓冲层上；
一介电层，具有一第一部位、一第二部位、以及第三部位，该第一部位设置于该缓冲层上，且该第二部位与该第三部位分别覆盖该第一阻障层与该第二阻障层；
一T型栅极层，设置该介电层上，且部分区域覆盖部份该第一部位、部分该第二部位、以及部分该第三部位；
一源极欧姆接触层，设置于该缓冲层上，该源极欧姆接触层覆盖部分该缓冲层且接触该第一阻障层与该第二部位；以及
该LED区包含：
一p型半导体层，设置于该阻障层上，该p型半导体层接触该第三部位；以及
一漏极欧姆接触层，设置于该p型半导体层上；
其中，该漏极欧姆接触层的材质为一金属或一金属氧化物，且该栅极层设置于该源极欧姆接触层与该漏极欧姆接触层之间。
8.如权利要求7所述的结构，其特征在于，该T型栅极层导通电压与否以决定该第一部位与该缓冲层之间是否存在该2DEG层。
9.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该HEMT区包含：
一栅极层，设置于该阻障层上；以及
一源极欧姆接触层，设置于该缓冲层上，该源极欧姆接触层覆盖部分该缓冲层且接触该阻障层；以及
该LED区包含：
一量子井，设置于该阻障层上；
一p型半导体层，设置于该量子井上；以及
一漏极欧姆接触层，设置于该p型半导体层上；
其中，该漏极欧姆接触层的材质为一金属或一金属氧化物，且该栅极层设置于该源极欧姆接触层与该漏极欧姆接触层之间。
10.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该结构包含：
一量子井，设置于该缓冲层与该阻障层之间；
且该HEMT区包含：
一栅极层，设置于该阻障层上；以及
一源极欧姆接触层，设置于该缓冲层上，该源极欧姆接触层覆盖部分该缓冲层且接触该阻障层；以及
该LED区包含：
一p型半导体层，设置于该阻障层上；以及
一漏极欧姆接触层，设置于该p型半导体层上；
其中，该漏极欧姆接触层的材质为一金属或一金属氧化物，且该栅极层设置于该源极欧姆接触层与该漏极欧姆接触层之间；以及该2DEG层存在于该量子井中。
CN201410852647.7A 2014-12-31 2014-12-31 高电子迁移率发光晶体管的结构 Active CN105810707B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410852647.7A CN105810707B (zh) 2014-12-31 2014-12-31 高电子迁移率发光晶体管的结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410852647.7A CN105810707B (zh) 2014-12-31 2014-12-31 高电子迁移率发光晶体管的结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105810707A true CN105810707A (zh) 2016-07-27
CN105810707B CN105810707B (zh) 2018-07-24

Family

ID=56420705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410852647.7A Active CN105810707B (zh) 2014-12-31 2014-12-31 高电子迁移率发光晶体管的结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105810707B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107564929A (zh) * 2017-09-22 2018-01-09 厦门乾照光电股份有限公司 一种阵列基板及其制作方法、显示面板、显示装置
CN108717943A (zh) * 2018-03-30 2018-10-30 中国科学院微电子研究所 Hemt与单刀双掷开关电路
CN109037201A (zh) * 2018-07-18 2018-12-18 易美芯光（北京）科技有限公司 Led阵列及其制备方法
WO2020233542A1 (zh) * 2019-05-20 2020-11-26 视觉技术创投私人有限公司 Led显示器件及其制备方法、裸眼立体显示系统
CN114050208A (zh) * 2021-11-11 2022-02-15 上海大学 一种改进的高电子迁移率发光晶体管
CN116230711A (zh) * 2023-05-08 2023-06-06 江苏第三代半导体研究院有限公司 一种hemt与led的单片集成器件及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101185158A (zh) * 2005-07-08 2008-05-21 松下电器产业株式会社 晶体管及其驱动方法
CN101393958A (zh) * 2007-09-18 2009-03-25 丰田合成株式会社 第ⅲ族氮化物基化合物半导体发光器件
CN101405850A (zh) * 2006-03-17 2009-04-08 住友化学株式会社 半导体场效应晶体管及其制造方法
CN101971308A (zh) * 2008-03-12 2011-02-09 日本电气株式会社 半导体器件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101185158A (zh) * 2005-07-08 2008-05-21 松下电器产业株式会社 晶体管及其驱动方法
CN101405850A (zh) * 2006-03-17 2009-04-08 住友化学株式会社 半导体场效应晶体管及其制造方法
CN101393958A (zh) * 2007-09-18 2009-03-25 丰田合成株式会社 第ⅲ族氮化物基化合物半导体发光器件
CN101971308A (zh) * 2008-03-12 2011-02-09 日本电气株式会社 半导体器件

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107564929A (zh) * 2017-09-22 2018-01-09 厦门乾照光电股份有限公司 一种阵列基板及其制作方法、显示面板、显示装置
CN107564929B (zh) * 2017-09-22 2019-10-01 厦门乾照光电股份有限公司 一种阵列基板及其制作方法、显示面板、显示装置
CN108717943A (zh) * 2018-03-30 2018-10-30 中国科学院微电子研究所 Hemt与单刀双掷开关电路
CN108717943B (zh) * 2018-03-30 2021-08-31 中国科学院微电子研究所 Hemt与单刀双掷开关电路
CN109037201A (zh) * 2018-07-18 2018-12-18 易美芯光（北京）科技有限公司 Led阵列及其制备方法
WO2020233542A1 (zh) * 2019-05-20 2020-11-26 视觉技术创投私人有限公司 Led显示器件及其制备方法、裸眼立体显示系统
CN114050208A (zh) * 2021-11-11 2022-02-15 上海大学 一种改进的高电子迁移率发光晶体管
CN116230711A (zh) * 2023-05-08 2023-06-06 江苏第三代半导体研究院有限公司 一种hemt与led的单片集成器件及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105810707B (zh) 2018-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105810707B (zh) 高电子迁移率发光晶体管的结构
US9502602B2 (en) Structure of high electron mobility light emitting transistor
Liu et al. Monolithic integration of AlGaN/GaN HEMT on LED by MOCVD
US9337301B2 (en) Aluminum nitride based semiconductor devices
JP2014078710A (ja) 高電子移動度トランジスタ及びその駆動方法
US20130015465A1 (en) Nitride semiconductor light-emitting device
JP2008198731A (ja) 半導体装置
WO2014108945A1 (ja) 窒化物半導体デバイス
KR101211657B1 (ko) 질화물계 반도체 발광소자
US10177274B2 (en) Red light emitting diode and lighting device
Lu et al. High performance monolithically integrated GaN driving VMOSFET on LED
KR20160013553A (ko) 발광소자 및 조명시스템
CN109346521A (zh) 氮化物半导体元件
Chang et al. An AlGaN/GaN high electron mobility transistor with a built-in light emitter using radiative recombination of two-dimensional electron gas and holes
JP2006286746A (ja) 電界効果トランジスタ
US11605715B2 (en) Bidirectional switch element
JP2009246045A (ja) 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2017022288A (ja) 半導体装置
Lu et al. Monolithic integration of GaN LEDs with vertical driving MOSFETs by selective area growth and band engineering of the p-AlGaN electron blocking layer though TCAD simulation
KR102539668B1 (ko) 반도체 소자, 이를 포함하는 표시패널, 표시장치, 통신장치
US10263145B2 (en) Ultraviolet light emitting device
CN109314155A (zh) 半导体器件
TWI559537B (zh) 高電子遷移率發光電晶體之結構
TWI728165B (zh) 三族氮化物高速電子遷移率場效應電晶體元件
KR102212781B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant