TWI559537B - 高電子遷移率發光電晶體之結構 - Google Patents

高電子遷移率發光電晶體之結構 Download PDF

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張庭輔
鄭克勇
王佑立
吳濬宏
楊偉臣
邱紹諺
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高電子遷移率發光電晶體之結構
本發明係關於一種高電子遷移率發光電晶體之結構，尤指一種HEMT內建LED之結構。
氮化鋁鎵/氮化鎵高速電子遷移率場效電晶體(AlGaN/GaN HEMT)在高溫、高頻率和高功率之應用具有極高的優越性；除了氮化鎵應用於場效應電晶體外，因為氮化鎵的直接能隙(direct bandgap)為3.4eV的特性，故氮化鎵亦適合應用於發光裝置，其氮化鎵和其相關的三元化合物(ternary compound)發出的光的波長範圍很廣，從綠色、藍色至UV光皆有，故氮化鎵製程之發光二極體已被廣泛使用。
本發明之目的之一，是在提供一種高電子遷移率發光電晶體之結構，為III-V族電晶體結構。
本發明之目的之一，是在提供一種高電子遷移率發光電晶體之結構，其結構包含一個高遷移率電晶體 (以下簡稱HEMT)和一個耦接氮化鎵發光二極體(GaN-LED，以下簡稱LED)之結構。
本發明提供一種高電子遷移率發光電晶體之結構，該結構包含：一基板；一HEMT區，設置於基板上；以及一LED區，設置於基板上；其中，HEMT區與LED區皆存在一2DEG層，且HEMT區係透過2DEG層耦接LED區。
100、200、300、400、500、600‧‧‧結構
10、20、30、40、50、60‧‧‧2DEG層
101、201、301、401、501、601‧‧‧基板
102、202、302、402、502、602‧‧‧HEMT區
103、203、303、403、503、603‧‧‧緩衝層
104、204、304、404a、404b、504、604‧‧‧阻障層
105、205、305、405、505、605‧‧‧閘極層
106、206、306、406、506、606‧‧‧源極歐姆接觸層
107、207、209、307、408、507、607‧‧‧p型半導體層
108、208、308、409、508、608‧‧‧汲極歐姆接觸層
309、407、407a、407b、407c‧‧‧介電層
L‧‧‧LED區
第1~6圖顯示本發明高電子遷移率發光電晶體之結構於一實施例示意圖。
請參閱第1圖，第1圖顯示本發明高電子遷移率發光電晶體之結構於一實施例示意圖。結構100包含：基板101、HEMT區102、LED區L。
HEMT區102設置於基板101上；以及，LED區L，亦設置於基板101上。在本實施例中，基板101可為矽(Si)基板、或氮化鎵基板、或藍寶時基板、或碳化矽所實現。
結構100包含緩衝層103、以及阻障層(Barrier)104。緩衝層103設置於基板101上；以及阻障層104設置於緩衝層103上，阻障層104覆蓋部份緩衝層103。
在本實施例中，HEMT區102包含：閘極(Gate)層105、源極歐姆接觸(Source ohmic contact)層106。閘極層105設置於阻障層104上，且覆蓋部份阻障層104；以及源極歐姆接觸層106，設置於緩衝層103上，源極歐姆接觸層106覆蓋部份緩衝層103且接觸阻障層104。
相對應地，LED區L包含：p型半導體層107、汲極歐姆接觸(Drain ohmic contact)層108。p型半導體層107設置於阻障層104上，並覆蓋部份阻障層104；以及汲極歐姆接觸層108設置於p型半導體層107上。
在一實施例中，源極歐姆接觸層106係由銻鋁鎳金合金(Ti/Al/Ni/Au)所實現，閘極層105由鎳金合金(Ni/Au)所實現，p型半導體層107可由p型氮化鎵所實現。
除此之外，緩衝層103之能隙小於阻障層104，且緩衝層103與阻障層104亦可由III-V族材料所實現，例如：氮化鋁鎵(AlGaN)、或氮化鎵(GaN)或、氮化鋁(AlN)等，本發明不應以此為限。在本發明中，其緩衝層103為氮化鎵(GaN)所實現，而阻障層104係由氮化鋁鎵(AlyGa1-yN)所實現，其中y可為0.25。
其中，該汲極歐姆接觸層108之材質為一金屬或一金屬氧化物所實現，例如：鎳金合金或氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)；閘極層105設置於源極歐姆接觸層106與汲極歐姆接觸層108之間。
HEMT區102與該LED區L皆存在2DEG層10，結構100之HEMT區102係透過2DEG層10耦接LED區102。
在此請注意，HEMT區102與LED區L係設置於緩衝層103上，本發明係結合兩種具有不同能隙的半導體材料，阻障層104與緩衝層103之間極化效應(Polarization Effect)，故阻障層104與緩衝層103交界面處生成2DEG層10，作為一個電子流組成的電流通路，換言之，本發明2DEG層10係可提供電子，由p型半導體層107提供電洞，由電子與電洞結合而產生不同波長之光。
另外，可透過閘極層105加載電壓以關閉汲極歐姆接觸層108與源極歐姆接觸層106之間電流來達到控制LED區L之光源亮度。
接著請參閱第2圖，第2圖顯示本發明高電子遷移率發光電晶體之結構於一實施例示意圖。結構200與100之差異在於，HEMT區202更包含p型半導體層209，其中閘極層205覆蓋p型半導體層209，且p型半導體層209設置於阻障層204與閘極層205之間。
在本實施例中，p型半導體層209與緩衝層203形成PN接面，p型半導體層209空乏2DEG層20之電子濃度，以關閉2DEG層20，藉此實現增強型元件 (Enhancement-Mode，E-MO)。
接著請參閱第3圖，第3圖顯示本發明高電子遷移率發光電晶體之結構於一實施例示意圖。結構300與100之差異在於，HEMT區302包含一介電層309；介電層309設置於閘極層305與阻障層304之間，且介電層309覆蓋部份阻障層304。
本實施例中，當閘極層305被給予電壓時，閘極層305利用介電層309降低被介電層309所覆蓋區域之2DEG層30之電子濃度，藉此實現空乏型元件(Depletion MODE，D-MO)。
接著請參閱第4圖，第4圖顯示本發明高電子遷移率發光電晶體之結構於一實施例示意圖。同前所述，結構400包含具有基板401、HEMT區402、LED區L、緩衝層403。
HEMT區402更包含：阻障層404a、404b、T型閘極層405、源極歐姆接觸層406、以及介電層407；而LED區L包含：p型半導體層408與汲極歐姆接觸層409。HEMT區402與LED區L係設置於緩衝層403上，且2DEG層40存在於緩衝層403與阻障層404a、404b之間。
阻障層404a、404b分別設置於介電層407兩側邊，且阻障層404a、404b設置於緩衝層403上並覆蓋 部份緩衝層403。
介電層407具有部位407a、407b、以及407c，部位407a設置於緩衝層403上，部位407b覆蓋阻障層404a，而部位407c覆蓋阻障層404b。
T型閘極層405設置介電層407上，且T型閘極層405部份區域覆蓋部份部位407a與部份部位407b、以及部份部位407c。
源極歐姆接觸層406設置於緩衝層403上，源極歐姆接觸層406覆蓋部份緩衝層403且接觸阻障層404a與部位407b。
p型半導體層408設置於阻障層404b上，且p型半導體層408覆蓋部份阻障層404b；以及，汲極歐姆接觸層409，設置於p型半導體層408上，且p型半導體層408接觸部位407c。
同前所述，本實施例中，當T型閘極層405被給予電壓時，T型閘極層405利用介電層407增加被介電層407所覆蓋區域之2DEG層40之電子濃度，此時介電層407與緩衝層403出現2DEG層40，藉此實現增強型元件，換言之，T型閘極層導通電壓與否以決定部位407a與緩衝層403之間是否存在2DEG層40，其餘操作原理同前所述，在此不另行贅述。
接著請參考第5圖，第5圖顯示本發明高電 子遷移率發光電晶體之結構於一實施例示意圖。結構500與100差異在於，LED區L包含一量子井QW，且量子井QW設置於阻障層504與p型半導體層507之間。
在本實例中，結構500因電洞都被侷限在量子井的寬度範圍，亦可透過多層量子井QW增加電子、電洞復合機率，以增加LED區L之發光效率和不同波段之光波，量子井QW係可由氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)所實現。
接著請參考第6圖，第6圖顯示本發明高電子遷移率發光電晶體之結構於一實施例示意圖。結構600與100差異在於，量子井QW設置於緩衝層603與阻障層604之間(如粗框線所示)，且2DEG層60亦存在於緩衝層603與阻障層604間，在本實施例中，2DEG層60存在於量子井QW內。
綜上所述，本發明利用HEMT透過2DEG耦接LED，使HEMT內建LED，並透過閘極電壓控制LED發光強度，以達到HEMT與LED為一體之結構。
100‧‧‧結構
10‧‧‧2DEG層
101‧‧‧基板
102‧‧‧HEMT區
103‧‧‧緩衝層
104‧‧‧阻障層
105‧‧‧閘極層
106‧‧‧源極歐姆接觸層
107‧‧‧p型半導體層
108‧‧‧汲極歐姆接觸層
L‧‧‧LED區

Claims (10)

  1. 一種高電子遷移率發光電晶體之結構，該結構包含：一基板；一HEMT區，設置於該基板上；以及一LED區，設置於該基板上；其中，該HEMT區與該LED區皆存在一二維電子氣(以下簡稱2DEG)層，且該HEMT區係透過該2DEG層耦接該LED區；該LED區不具有一n型半導體層於一阻障層(Barrier)之上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中，該結構包含：一緩衝層(Buffer)，設置於該基板上；其中，該阻障層設置於該緩衝層上並覆蓋部份該緩衝層；該HEMT區與該LED區係設置於該緩衝層上，且該2DEG層存在於該緩衝層與該阻障層之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之結構，其中，該HEMT區包含：一閘極層，設置於該阻障層上，且覆蓋部份該阻障層；以及一源極歐姆接觸層，直接或間接設置於該緩衝層上，該源極歐姆接觸層覆蓋部份該緩衝層且接觸該阻障層；以及該LED區包含： 一p型半導體層，設置於該阻障層上，並覆蓋部份該阻障層；以及一汲極歐姆接觸層，設置於該p型半導體層上；其中，該汲極歐姆接觸層之材質為一金屬或一金屬氧化物，且該閘極層設置於該源極歐姆接觸層與該汲極歐姆接觸層之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之結構，其中，該結構包含一量子井(Quantum Well)，且該量子井設置於該緩衝層與該阻障層之間；該HEMT區包含：一閘極層，設置於該阻障層上；以及一源極歐姆接觸層，設置於該緩衝層上，該源極歐姆接觸層覆蓋部份該緩衝層且接觸該阻障層；以及該LED區包含：一p型半導體層，設置於該阻障層上，並覆蓋部份該阻障層；以及一汲極歐姆接觸層，設置於該p型半導體層上；其中，該汲極歐姆接觸層之材質為一金屬或一金屬氧化物，且該閘極層設置於該源極歐姆接觸層與該汲極歐姆接觸層之間；以及該2DEG層存在於該量子井中。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之結構，其中，該HEMT區包含：一閘極層，設置於該阻障層上；以及 一源極歐姆接觸層，設置於該緩衝層上，該源極歐姆接觸層覆蓋部份該緩衝層且接觸該阻障層；以及該LED區包含：一p型半導體層，設置於該阻障層上；以及一汲極歐姆接觸層，設置於該p型半導體層上；其中，該汲極歐姆接觸層之材質為一金屬或一金屬氧化物，且該閘極層設置於該源極歐姆接觸層與該汲極歐姆接觸層之間。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之結構，其中，該HEMT區包含：一閘極層，設置於該阻障層上；一介電層，設置於該閘極層與該阻障層之間，且該介電層覆蓋部份該阻障層；以及一源極歐姆接觸層，設置於該緩衝層上，該源極歐姆接觸層覆蓋部份該緩衝層且接觸該阻障層；以及該LED區包含：一p型半導體層，設置於該阻障層上；以及一汲極歐姆接觸層，設置於該p型半導體層上；其中，該汲極歐姆接觸層之材質為一金屬或一金屬氧化物，且該閘極層設置於該源極歐姆接觸層與該汲極歐姆接觸層之間。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之結構，其中，該HEMT區包含：一第一阻障層，設置並覆蓋於該緩衝層上；以及 一第二阻障層，設置並覆蓋於該緩衝層上；一介電層，具有一第一部位、一第二部位、以及一第三部位，該第一部位設置於該緩衝層上，且該第二部位與該第三部位分別覆蓋該第一阻障層與該第二阻障層；一T型閘極層，設置該介電層上，且部份區域覆蓋該部份第一部位、部分該第二部位、以及部份該第三部位；一源極歐姆接觸層，設置於該緩衝層上，該源極歐姆接觸層覆蓋部份該緩衝層且接觸該第一阻障層與該第二部位；以及該LED區包含：一p型半導體層，設置於該阻障層上；以及一汲極歐姆接觸層，設置於該p型半導體層上，該p型半導體層接觸該第三部位；其中，該汲極歐姆接觸層之材質為一金屬或一金屬氧化物，且該閘極層設置於該源極歐姆接觸層與該汲極歐姆接觸層之間。
  8. 如申請專利範圍7所述之結構，其中，該T型閘極層導通電壓與否以決定該第一部位與該緩衝層之間是否存在該2DEG層。
  9. 如申請專利範圍2所述之結構，其中，該HEMT區包含：一閘極層，設置於該阻障層上；以及 一源極歐姆接觸層，設置於該緩衝層上，該源極歐姆接觸層覆蓋部份該緩衝層且接觸該阻障層；以及該LED區包含：一量子井(Quantum Well)，設置於該阻障層上；一p型半導體層，設置於該量子井上；以及一汲極歐姆接觸層，設置於該p型半導體層上；其中，該汲極歐姆接觸層之材質為一金屬或一金屬氧化物，且該閘極層設置於該源極歐姆接觸層與該汲極歐姆接觸層之間。
  10. 一種高電子遷移率發光電晶體之結構，該結構包含：一基板；一HEMT區，設置於該基板上；一LED區，設置於該基板上；以及一阻障層，設置於一緩衝層上並覆蓋部份該緩衝層；其中，光線係產生於該阻障層之下；以及該HEMT區與該LED區皆存在一二維電子氣(以下簡稱2DEG)層，且該HEMT區係透過該2DEG層耦接該LED區。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070267655A1 (en) * 2005-01-25 2007-11-22 Fujitsu Limited Semiconductor device having MIS structure and its manufacture method
US20100156475A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Grigory Simin Field effect transistor with electric field and space-charge control contact
US20110227033A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device, wafer, method for manufacturing semiconductor light emitting device, and method for manufacturing wafer
US20130043485A1 (en) * 2011-08-16 2013-02-21 Advanced Power Device Research Association GaN-BASED SEMICONDUCTOR DEVICE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070267655A1 (en) * 2005-01-25 2007-11-22 Fujitsu Limited Semiconductor device having MIS structure and its manufacture method
US20100156475A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Grigory Simin Field effect transistor with electric field and space-charge control contact
US20110227033A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device, wafer, method for manufacturing semiconductor light emitting device, and method for manufacturing wafer
US20130043485A1 (en) * 2011-08-16 2013-02-21 Advanced Power Device Research Association GaN-BASED SEMICONDUCTOR DEVICE

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