PERL(PassivatedEmitterRearLocallyDiffused)型矽基發光管的製作方法
2023-10-20 05:08:37
專利名稱：PERL(Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型矽基發光管的製作方法
技術領域：
本發明是一種與CMOS工藝兼容的PERL (Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型矽 基發光管的結構，為p-n結正向注入模式發光，為方便與矽基CMOS集成電路相結合，採用 側面小面積發光，發光面釆用倒金字塔光陷阱結構，光陷阱技術可以提高器件電光轉換效率， 該發明在光電子集成迴路中具有廣闊的應用前景。
背景技術：
由於矽材料在微電子集成領域有著不可替代的地位，以及微電子工藝的飛速發展，矽基發 光器件是影響到微電子和光電子兩大信息技術更進一步結合實現光電子單片集成的關鍵問題。近幾十年來對矽基發光的研究中比較重要的有矽中摻鉺(Er)發光、矽基MIS結構發 光、多孔矽和富矽氧化物(SRSO)發光、納米矽發光、FeSi2發光、與CMOS工藝兼容矽p-n 結擊穿發光、GeSi/Si多量子阱發光、矽p-n結位錯環結構發光、矽基量子級聯結構發光等。 然而這些結構的缺點是，器件結構和製造工藝不能與CMOS工藝兼容、電一光轉換效率較低、 光發射功率較低、不能與光接收機相匹配、發光波長與應用方面的要求不匹配、發光功率有 衰退現象。為改善全矽發光較弱的缺點，研究的要點是設法減少非輻射複合的機率，增大輻 射複合機率，以增加光電轉換效率。因此設計新的器件結構，採取各種減少非輻射複合機率 的方法，有望得到與CMOS工藝兼容的高電功率/光功率轉換的矽基LED。
發明內容
本發明是一種PERL (Passivated Emitter Rear Locally Diffosed)型矽基發光管的結構，其特徵在於1) 所設計器件通過改進PERL型太陽能電池結構實現側面小面積發光的PERL型矽基發光 管的設計；2) 單側注入n型層，形成p-n結結構。3) 利用p-n結正向注入原理實現矽基發光。4) 發光面釆用倒金字塔絨面結構，其與金屬背反射電極形成光陷阱，提高發光功率。5) 器件結構採用了PERL型側面單邊發光結構，電極在器件上下兩側，均為鋁電極，左邊 為反射背電極，右側為小面積發光，便於與矽基CMOS集成電路結合。同時在電極與半導體 材料之間用高質量的Si02鈍化，減少表面複合，增強輻射複合機率。電極接觸孔處釆用重摻 雜，減小接觸電導損失。
為進一步說明本專利的技術內容，以下結合附圖及實施例詳細說明於後，其中 圖1器件結構圖。
具體實施例方式由於矽是間接帶隙半導體材料，發光強度較弱，對於矽基LED的設計，關鍵是減少器件的 非輻射複合機率，增加輻射複合機率。考慮到與CMOS集成電路工藝和應用方面的要求，本 發明根據原有的PERL型矽基太陽能電池的結構進行了改進，設計出新型的PERL矽基LED 器件結構，其結構如圖l所示。採用右側面單邊小面積發光，以便與矽基CMOS集成電路結 合。鋁正負電極在器件的上下兩側，左側為鋁背反射電極。由於光陷阱對提高電光轉換效率 具有顯著的作用，右發光面採用倒金字塔絨面結構。同時在電極與半導體材料之間用高質量 的SiCb鈍化，減少表面複合，增強輻射複合機率。結構中釆用N+區(重摻雜磷)，P+區(重 摻雜硼)作為金屬接觸孔，以減少金屬接觸電導損失。從發光角度看，該器件採用單側輕摻 雜n型層形成p-n結，在p-n結正向注入發光模式下實現矽基發光。
權利要求
1.一種PERL型矽基發光管，結構包括Al正負電極、Al背反射電極、倒金字塔絨面結構、輕摻雜n型層、高質量的SiO2鈍化層、重摻雜電極接觸孔。
2. 根據權利要求1所述的PERL型矽基發光管，其特徵在於通過改進PERL型太陽能電池結 構實現側面小面積發光的PERL型矽基發光管，利用p-n結正向注入原理實現矽基發光，所 設計器件可以與CMOS工藝兼容。
3. 根據權利要求1所述的PERL型矽基發光管，其特徵在於器件結構採用了PERL型側面單 邊發光結構，左側為A1反射背電極，右側為倒金字塔絨面發光結構，金屬背反射電極和倒金 字塔絨面結構形成光陷阱，提高出光效率。
4. 根據權利要求1所述的PERL型矽基發光管，其特徵在於在電極與半導體材料之間採用高 質量的Si02鈍化，減少表面複合，增強輻射複合機率；同時Si/Si02/Al電極結構可形成全內 反射層以阻止光從器件上下表面出射，增強側面出光效率。
全文摘要
本發明是一種與CMOS工藝兼容的PERL(Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型矽基發光管器件的結構，該結構的特徵在於所設計的PERL型矽基發光管為側面小面積發光結構，單側注入n型層形成p-n結結構，在p-n結正向注入模式下實現矽基發光，發光面採用倒金字塔絨面結構，其與金屬背反射電極共同形成光陷阱，提高發光功率。鋁正負電極在器件的上下兩側，左側為鋁背反射背電極，右側為小面積發光，便於與矽基CMOS集成電路結合。同時在電極與半導體材料之間用高質量的SiO2鈍化，減少表面複合，增強輻射複合機率。電極接觸孔處採用重摻雜，減小接觸電導損失。這種新型的矽基發光管結構在下一代集成電路中作為晶片之間或晶片內部的光互連具有非常廣闊的應用前景。
文檔編號H01L33/00GK101257078SQ200810052779
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月17日 優先權日2008年4月17日
發明者偉 劉, 李曉雲, 楊廣華, 牛萍娟, 郭維廉, 高鐵成 申請人:天津工業大學