[发明专利]一种氮化镓异质结双极型光子晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓异质结双极型光子晶体管及其制备方法，包括：衬底；以及依次设置于衬底上的成核层、缓冲层；集电区，设置于缓冲层上；集电极，设置于集电区上的一端；下多量子阱层，设置于集电区上的另一端；集电极与下多量子阱层之间存在间隔；基区，设置于下多量子阱层上；基极，设置于基区上的一端；其中，基极和集电极设置于同一侧；上多量子阱层，设置于基区上的另一端；基极与上多量子阱层之间存在间隔；发射区，设置于上多量子阱层上；发射极，设置于发射区上的一端；发射极与集电极设置于不同侧；其中，集电区、下多量子阱层、基区、上多量子阱层和发射区的材料均为三族氮化物。本发明同时具有晶体管和LED的功能。

技术领域

本发明属于电子器件和光电器件技术领域，具体涉及一种氮化镓异质结双极型光子晶体管及其制备方法。

背景技术

以氮化镓为代表的宽禁带材料，是继硅Si和砷化镓GaAs之后的第三代半导材料，具备高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能，切合节能减排、智能制造、信息安全等国家重大战略需求，是支撑新一代移动通信、新能源汽车、高速轨道列车、能源互联网等产业自主创新发展和转型升级的重点核心材料和电子元器件，已成为全球半导体技术和产业竞争焦点。与Si和GaAs两种半导体材料相比，氮化镓(GaN)具有更大的禁带宽度(3.4eV)、更强的临界击穿场强以及更高的电子迁移速率，因此得到了国内外研究者们的广泛关注，在电力电子功率器件和高频功率器件方面具有巨大的优势和潜力，可以广泛应用于制作LED以及包含该LED的芯片等。

异质结双极型晶体管与同质结晶体管最显著的区别是宽带隙发射区，指发射区用的半导体能带间隙比基区宽，电子和空穴具有不同的能量势垒，抑制了少数载流子从基区向发射区注入，提高发射极的注入效率，得到更高的增益。由于发射区材料和基区材料的禁带宽度不同，异质结双极型晶体管(Heterojunction Bipolar-Transistor，简称HBT)在异质界面处存在导带不连续和价带不连续。价带不连续阻挡基区空穴向发射区反向注入，所以HBT的电子注入效率和电流增益大大提高。HBT主要使用化合物半导体材料，具有更大的禁带宽度和更高的电子迁移率与电子饱和速度，因此HBT具有很高的开关速度和截止频率，而且HBT集电区材料的禁带宽度大，可以提高反向击穿电压，从而增大输出功率。

LED的发光机理是将电能转化为光能，即电致发光的固态器件，它的核心结构为PN结芯片，其是以针脚作为的电极和光学系统组成的。其发光机理可简要概括为如下过程：载流子在正向电压条件下、发生复合辐射和光能传输。当把一个正向电压加载到PN结的两端后，因为PN结的势垒开始下降，P区正电荷(就是空穴)开始向N区扩散，N区的负电荷(就是电子)也开始向P区扩散，此时在两个区域内发生了非平衡电荷积累，对PN结来说，这种因注入电流而引起的部分不稳定的载流子，使得进入到价带中的空穴与导带中的电子发生复合，而由这种复合产生的能量将会以光子的形式向外辐射，从而发光。