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包括N型和P型超晶格的電子裝置的制作方法

文檔序號(hào):11142584閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種電子裝置,包括:

n型超晶格,所述n型超晶格提供n型導(dǎo)電性;以及

p型超晶格,所述p型超晶格提供p型導(dǎo)電性;

所述n型超晶格包括交替的基質(zhì)層和施主雜質(zhì)層,其中:

所述基質(zhì)層基本上由III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料組成;并且

所述施主雜質(zhì)層基本上由對(duì)應(yīng)的施主材料組成;

所述p型超晶格包括交替的基質(zhì)層和受主雜質(zhì)層,其中:

所述基質(zhì)層基本上由所述III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料組成;并且

所述受主雜質(zhì)層基本上由對(duì)應(yīng)的受主材料組成。

2.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述電子裝置為紫外線發(fā)光二極管或紫外線光檢測(cè)器。

3.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述n型超晶格和所述p型超晶格形成PN結(jié)。

4.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其進(jìn)一步在所述n型超晶格與所述p型超晶格之間包括由一種或多種III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料組成的本征區(qū)以形成PIN結(jié)。

5.如權(quán)利要求4所述的電子裝置,其中所述本征區(qū)具有沿生長(zhǎng)方向變化的帶隙。

6.如權(quán)利要求4所述的電子裝置,其中所述本征區(qū)基本上由以下各項(xiàng)之一組成:

純III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料;

III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料,其包括至少一種晶體結(jié)構(gòu)改性劑,其中所述晶體結(jié)構(gòu)改性劑選自氫、氧、碳、稀土金屬或鑭系金屬中的至少一者;以及

非故意摻雜的III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料。

7.如權(quán)利要求4所述的電子裝置,其中所述p型超晶格或所述n型超晶格的周期或占空比使得所述p型超晶格或所述n型超晶格對(duì)所述本征區(qū)的光子發(fā)射波長(zhǎng)或光子吸收波長(zhǎng)是透明的。

8.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料中的III族金屬包括以摩爾計(jì)至少約50%的Al。

9.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料選自以下各項(xiàng)中的至少一者:

氮化鋁(AlN);

氮化鋁鎵(AlxGa1-xN),其中0<x<1;

氮化鋁銦(AlxIn1-xN),其中0<x<1;以及

氮化鋁鎵銦(AlxGayIn1-x-yN),其中0<x<1、0<y<1且x+y<1。

10.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述施主材料為硅(Si)。

11.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述施主材料選自以下各項(xiàng)中的至少一者:

鍺(Ge);

硅鍺(SixGe1-x),其中0<x<1;

晶體氮化硅(SixNy),其中0<x<3且0<y<4;

晶體氮化鍺(GexNy),其中0<x<3且0<y<4;

晶體氮化硅鋁鎵(Siu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0;以及

晶體氮化鍺鋁鎵(Geu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0。

12.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述受主材料為鎂(Mg)。

13.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述受主材料選自以下各項(xiàng)中的至少一者:

鋅(Zn);

碳(C);

晶體氮化鎂(MgxNy),其中x>0且y>0;

晶體氮化鋅(ZnxNy),其中x>0且y>0;

氮化鎂鋁鎵(Mgu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0;以及

氮化鋅鋁鎵(Znu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0。

14.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中每個(gè)基質(zhì)層具有介于約1nm與約25nm之間的厚度。

15.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中每個(gè)施主雜質(zhì)層或每個(gè)受主雜質(zhì)層具有介于約0.25nm與約2nm之間的厚度。

16.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中每個(gè)施主雜質(zhì)層或每個(gè)受主雜質(zhì)層為所述施主材料或所述受主材料的原子的單層。

17.如權(quán)利要求16所述的電子裝置,其中每個(gè)施主雜質(zhì)層或受主雜質(zhì)層的平面上的所述施主材料或所述受主材料的原子之間的平均間距小于1nm。

18.如權(quán)利要求16所述的電子裝置,其中每個(gè)施主雜質(zhì)層或受主雜質(zhì)層的平面上的所述施主材料或所述受主材料的原子之間的平均間距為大約0.1nm。

19.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其進(jìn)一步包括鄰近所述n型超晶格的緩沖區(qū),所述緩沖區(qū)基本上由AlN和/或GaN組成,并且所述緩沖區(qū)具有介于100nm與500nm之間的厚度。

20.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其進(jìn)一步包括鄰近所述n型超晶格的緩沖區(qū),其中所述緩沖區(qū)包括超晶格,所述超晶格包括AlN和GaN與等效于所述III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料的塊狀成分的交替層。

21.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其進(jìn)一步包括:

襯底;以及

緩沖區(qū),所述緩沖區(qū)位于所述n型超晶格或所述p型超晶格與所述襯底之間。

22.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述n型超晶格或所述p型超晶格受到拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變。

23.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述n型超晶格或所述p型超晶格具有電子波函數(shù)和空穴波函數(shù),并且所述電子波函數(shù)的峰值沒(méi)有在空間上與所述空穴波函數(shù)的峰值對(duì)準(zhǔn)。

24.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述p型超晶格和所述n型超晶格各自包括至少10個(gè)基質(zhì)層和至少10個(gè)施主雜質(zhì)層或受主雜質(zhì)層。

25.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述p型超晶格的周期和所述n型超晶格的周期是統(tǒng)一的。

26.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述p型超晶格的周期或所述n型超晶格的周期是不統(tǒng)一的。

27.如權(quán)利要求1所述的電子裝置,其中所述基質(zhì)層包括非故意摻雜的III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料。

28.一種提供p型導(dǎo)電性或n型導(dǎo)電性的超晶格,所述超晶格包括交替的基質(zhì)層和雜質(zhì)層,其中:

所述基質(zhì)層基本上由半導(dǎo)體材料組成;并且

所述雜質(zhì)層基本上由對(duì)應(yīng)的施主材料或受主材料組成。

29.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中所述施主材料或所述受主材料包括元素周期表的鑭系元素中的原子種類中的一者或多者。

30.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中所述施主材料或所述受主材料包括大部分釓(Gd)。

31.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中所述施主材料或所述受主材料選自公式為L(zhǎng)xNy的晶體鑭系元素氮化物成分,其中L為鑭系元素原子的至少一個(gè)種類并且N為氮,其中0<x≤3且0<y≤2。

32.如權(quán)利要求31所述的超晶格,其中所述施主材料或所述受主材料為氮化釓GdxNy,其中0<x≤3且0<y≤2。

33.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中所述基質(zhì)層具有彼此類似的厚度或所述雜質(zhì)層具有彼此類似的厚度。

34.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中后續(xù)基質(zhì)層具有顯著不同的厚度或后續(xù)雜質(zhì)層具有顯著不同的厚度。

35.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中所述雜質(zhì)層各自具有至少半個(gè)單層且小于五個(gè)單層的厚度。

36.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中所述雜質(zhì)層各自具有至少一個(gè)單層且小于或等于兩個(gè)單層的厚度。

37.如權(quán)利要求36所述的超晶格,其中所述雜質(zhì)層各自形成六邊形晶體網(wǎng)格并且所述基質(zhì)層具有纖維鋅礦晶體結(jié)構(gòu)。

38.如權(quán)利要求37所述的超晶格,其中所述半導(dǎo)體材料為硅烯或石墨烯。

39.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中后續(xù)雜質(zhì)層隔開(kāi)一定距離,以使得由所述施主材料或所述受主材料的所述原子誘發(fā)的電子勢(shì)阱中的所述電子波函數(shù)或所述空穴波函數(shù)在空間上重疊。

40.如權(quán)利要求28所述的超晶格,其中所述雜質(zhì)層在施主雜質(zhì)層與受主雜質(zhì)層之間連續(xù)地交替。

41.一種經(jīng)由成膜工藝制作p型超晶格或n型超晶格的方法,所述方法包括以下步驟:

a.將襯底裝載到反應(yīng)室中;

b.將所述襯底加熱到成膜溫度;

c.在所述襯底上形成基本上由III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料組成的基質(zhì)層;

d.在所述基質(zhì)層上形成第一氮終端表面;

e.在所述第一氮終端表面上形成基本上由對(duì)應(yīng)的施主材料或受主材料組成的雜質(zhì)層;

f.在所述雜質(zhì)層上形成氮層以形成第二氮終端表面;

g.在所述第二氮終端表面上形成基本上由所述III族金屬氮化物半導(dǎo)體材料組成的基質(zhì)層;

h.重復(fù)步驟(d)至(g)直到所述超晶格達(dá)到所需厚度或包括所需數(shù)量的層。

42.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述半導(dǎo)體材料選自以下各項(xiàng)中的至少一者;

氮化鋁(AlN);

氮化鋁鎵(AlxGa1-xN),其中0<x<1;

氮化鋁銦(AlxIn1-xN),其中0<x<1;以及

氮化鋁鎵銦(AlxGayIn1-x-yN),其中0<x<1、0<y<1且x+y<1。

43.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述施主材料為硅(Si)。

44.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述施主材料選自以下各項(xiàng)中的至少一者:

鍺(Ge);

硅鍺(SixGe1-x),其中0<x<1;

晶體氮化硅(SixNy),其中0<x<3且0<y<4;

晶體氮化鍺(GexNy),其中0<x<3且0<y<4;

晶體氮化硅鋁鎵(Siu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0;以及

晶體氮化鍺鋁鎵(Geu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0。

45.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述受主材料為鎂(Mg)。

46.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述受主材料選自以下各項(xiàng)中的至少一者:

鋅(Zn);

碳(C);

晶體氮化鎂(MgxNy),其中x>0且y>0;

晶體氮化鋅(ZnxNy),其中x>0且y>0;

氮化鎂鋁鎵(Mgu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0;以及

氮化鋅鋁鎵(Znu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0。

47.如權(quán)利要求41所述的方法,其中:

進(jìn)行步驟(d)至(g)的所述重復(fù),直到所述超晶格達(dá)到所述所需數(shù)量的層;并且

所述所需數(shù)量的層為至少10個(gè)基質(zhì)層和至少10個(gè)雜質(zhì)層。

48.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述成膜工藝為真空沉積工藝、分子束外延工藝或氣相沉積工藝。

49.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述成膜溫度介于約500℃與約850℃之間。

50.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述所需厚度介于約50nm與約5μm之間。

51.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述反應(yīng)室缺乏足夠的氫(H)、氧(O)和碳(C)種類,從而不會(huì)影響所述超晶格的電子質(zhì)量或結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

52.如權(quán)利要求41所述的方法,其包括生長(zhǎng)中斷,用于使用受激分子氮種類來(lái)進(jìn)行氮終端表面制備。

53.如權(quán)利要求41所述的方法,其中所述基質(zhì)層和所述雜質(zhì)層沿著生長(zhǎng)方向具有顯著的金屬極極性或沿著所述生長(zhǎng)方向具有氮極性。

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