空穴

一個(gè)呈電中性的原子，其正電質(zhì)子和負(fù)電電子的數(shù)量是相等的。當(dāng)少了一個(gè)負(fù)電的電子，那里就會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)正電性的空位——空穴；反之，當(dāng)有一個(gè)電子進(jìn)來(lái)掉進(jìn)了空穴，就會(huì)發(fā)出電磁波——光子。

空穴不是正電子，電子與正電子相遇湮滅時(shí)，所發(fā)出來(lái)的光子是非常高能的(即所謂的猝滅現(xiàn)象)。那是兩粒子的質(zhì)量所完全轉(zhuǎn)化出來(lái)的電磁波能（通常會(huì)轉(zhuǎn)出一對(duì)光子）。而電子掉入空穴所發(fā)出來(lái)的光子，其能量通常只有幾個(gè)電子伏特。

半導(dǎo)體由于禁帶較窄，電子只需不多的能量就能從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，從而在價(jià)帶中留下空穴。周圍電子可以填補(bǔ)這個(gè)空穴，同時(shí)在原位置產(chǎn)生一個(gè)新的空穴，因此實(shí)際上的電子運(yùn)動(dòng)看起來(lái)就如同是空穴在移動(dòng)。

在半導(dǎo)體的制備中，要在4價(jià)的本征半導(dǎo)體（純硅、鍺等的晶體）的基礎(chǔ)上摻雜。若摻入3價(jià)元素雜質(zhì)（如硼、鎵、銦、鋁等），則可產(chǎn)生大量空穴，獲得P型半導(dǎo)體，又稱空穴型半導(dǎo)體?？昭ㄊ荘型半導(dǎo)體中的載流子，為多子。

在半導(dǎo)體里，出現(xiàn)了空穴這樣一個(gè)名詞。 當(dāng)參雜B進(jìn)入Si內(nèi)此時(shí)B會(huì)以B e-=B-和Si形成穩(wěn)定共價(jià)鍵，即每個(gè)B會(huì)接受一個(gè)電子(電子來(lái)自其他Si之間的共價(jià)鍵中的價(jià)電子)

使自己周圍價(jià)電子變成4個(gè)才能和周圍的4個(gè)Si形成穩(wěn)定共價(jià)鍵故每加入1個(gè)B原子將產(chǎn)生一個(gè)空穴

空穴并不是真實(shí)存在的,只是對(duì)大量電子運(yùn)動(dòng)的一種等效,空穴的流動(dòng)其實(shí)就是大量電子運(yùn)動(dòng)的等效的反運(yùn)動(dòng),這從空穴的定義和特性就可以知道。

空穴空穴導(dǎo)電

一般的解釋是，由于在四價(jià)的硅或鍺晶體中摻進(jìn)了三價(jià)的銦或鎵原子，這些原子和硅或鍺的原子的化合鍵中就缺少了一個(gè)電子．這個(gè)缺位叫空穴．這樣的材料叫P型半導(dǎo)體．在外電場(chǎng)中，P型半導(dǎo)體中的電子會(huì)逆電場(chǎng)方向依次填補(bǔ)空穴，同時(shí)空穴也就沿電場(chǎng)方向移動(dòng)．空穴就可以被認(rèn)為是帶正電的粒子，以它的運(yùn)動(dòng)取代電子的運(yùn)行來(lái)解釋P型半導(dǎo)體中電流的形成．用空穴概念甚至可以解釋P型半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)．一塊通有電流的P型半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中．其中的空穴沿電流方向運(yùn)動(dòng)受磁場(chǎng)力方向向上，因而會(huì)在上緣集聚，使上緣帶正電，同時(shí)下緣就帶了負(fù)電．上緣電勢(shì)就高于下緣電勢(shì)．這一解釋完全符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明概念是正確的。

空穴概念

當(dāng)滿帶頂附近產(chǎn)生p0個(gè)空態(tài)時(shí),其余大量電子在外電場(chǎng)作用下所產(chǎn)生的電流,可等效為p0個(gè)具有正電荷q和正有效質(zhì)量mp,速度為v(k)的準(zhǔn)經(jīng)典粒子所產(chǎn)生的電流.這樣的準(zhǔn)經(jīng)典粒子稱為空穴。

半導(dǎo)體如鍺和硅晶體的能帶結(jié)構(gòu)，類似于絕緣體，導(dǎo)帶中沒(méi)有電子而價(jià)帶是滿帶，但其間的禁帶寬度較小，如硅約1.1eV，鍺約0.7eV。常溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)，少量在價(jià)帶頂部的能量大的電子就可能越過(guò)禁帶而升遷到導(dǎo)帶中去成為“自由電子”，這些電子可以通過(guò)電子導(dǎo)電形成電流。

由于電子的升遷，在原來(lái)是滿帶的價(jià)帶中就空出了相等數(shù)量的量子態(tài)，其余未升遷的電子就可以進(jìn)入這些量子態(tài)而改變自己的量子態(tài)。這些空的量子態(tài)叫空穴。由于空穴的存在，價(jià)帶中的電子就松動(dòng)了，也就可以在電場(chǎng)的作用下形成電流了。

空穴特征

1.荷電量與電子相等但符號(hào)相反,既荷 q;

2.有效質(zhì)量數(shù)值等于價(jià)帶頂空態(tài)所對(duì)應(yīng)的電子有效質(zhì)量,但符號(hào)為正,即mp=-mn;

3.速度為價(jià)帶頂空帶所對(duì)應(yīng)的電子速度;

4.濃度等于空態(tài)密度p0;

一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)專利目的

《一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)》所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)及制備方法，以解決上述背景技術(shù)中所提及的問(wèn)題。

一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

《一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)》提供的技術(shù)方案為：一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底、緩沖層、N型摻雜半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型摻雜半導(dǎo)體層，其中，所述發(fā)光層與P型摻雜半導(dǎo)體層之間還包含材料為Al_x0In_y0G_a1-x₀-y₀N的P型摻雜空穴注入層和復(fù)數(shù)個(gè)子組合層堆疊形成的多層結(jié)構(gòu)；所述每一個(gè)子組合層由材料為Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N的電子阻擋層與材料為Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N的空穴調(diào)整層組成，其中，y₀＞x₀＞0，x₁＞y₁＞0，x₂≥y₂＞0，x₁＞x₂≥x₀，y₀＞y₂＞y₁。

優(yōu)選的，所述多層結(jié)構(gòu)中位于下部的子組合層為非故意P型摻雜層，位于上部的子組合層為故意P型摻雜層，所述非故意P型摻雜的子組合層個(gè)數(shù)大于或等于所述故意P型摻雜的子組合層個(gè)數(shù)。優(yōu)選的，所述空穴注入層的P型雜質(zhì)濃度大于多層結(jié)構(gòu)的P型雜質(zhì)濃度。優(yōu)選的，所述空穴注入層形成過(guò)程中的P型雜質(zhì)通過(guò)延遲效應(yīng)及后續(xù)高溫條件下的擴(kuò)散作用進(jìn)入非故意P型摻雜子組合層內(nèi)。優(yōu)選的，所述故意P型摻雜的子組合層個(gè)數(shù)≤3。優(yōu)選的，所述多層結(jié)構(gòu)中至少2個(gè)子組合層的Al組分不同。優(yōu)選的，所述多層結(jié)構(gòu)中子組合層的個(gè)數(shù)≥2。優(yōu)選的，每一所述子組合層的總厚度為10?！?00埃。優(yōu)選的，所述空穴注入層的厚度為50?！?000埃。

優(yōu)選的，所述空穴注入層、電子阻擋層與空穴調(diào)整層的Al組分的變化方式為恒定摻雜、拋物線形、遞增或遞減變化摻雜。優(yōu)選的，所述空穴注入層的P型雜質(zhì)平均濃度≥1×10¹⁸。優(yōu)選的，所述多層結(jié)構(gòu)的P型雜質(zhì)平均濃度≥1×10¹⁶。為制備上述的外延結(jié)構(gòu)，該發(fā)明同時(shí)提出一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法包括以下步驟：

提供一襯底；沉積緩沖層于所述襯底之上；沉積N型摻雜半導(dǎo)體層于所述緩沖層之上；沉積發(fā)光層于所述N型摻雜半導(dǎo)體層之上；沉積材料為Al_x0In_y0G_a1-x₀-y₀N的P型摻雜空穴注入層于所述發(fā)光層之上；沉積材料為Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N的電子阻擋層與材料為Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N的空穴調(diào)整層交替堆疊組成的多層結(jié)構(gòu)于所述空穴注入層之上，其中，y₀＞x₀＞0，x₁＞y₁＞0，x₂≥y₂＞0，x₁＞x₂≥x₀，y₀＞y₂＞y₁；沉積P型摻雜半導(dǎo)體層于所述多層結(jié)構(gòu)之上，形成外延結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，沉積所述P型摻雜空穴注入層時(shí)反應(yīng)室的溫度低于沉積所述多層結(jié)構(gòu)時(shí)反應(yīng)室的溫度。

優(yōu)選的，沉積所述P型摻雜空穴注入層時(shí)反應(yīng)室的溫度與沉積所述多層結(jié)構(gòu)時(shí)反應(yīng)室的溫度差值為50~100℃。

優(yōu)選的，沉積所述P型摻雜空穴注入層時(shí)反應(yīng)室的壓力與沉積所述多層結(jié)構(gòu)時(shí)反應(yīng)室的壓力相同，壓力值為50~500托。

優(yōu)選的，沉積多層結(jié)構(gòu)過(guò)程中，首先停止通入P型雜質(zhì)源，沉積位于多層結(jié)構(gòu)下部的非故意P型摻雜子組合層，所述空穴注入層形成過(guò)程中的P型雜質(zhì)通過(guò)延遲效應(yīng)及后續(xù)高溫條件下的擴(kuò)散作用進(jìn)入所述非故意P型摻雜子組合層內(nèi)；然后再次通入P型雜質(zhì)源，沉積形成位于所述多層結(jié)構(gòu)上部的故意P型摻雜子組合層。

優(yōu)選的，所述非故意P型摻雜子組合層的個(gè)數(shù)大于或等于所述故意P型摻雜子組合層的個(gè)數(shù)。

優(yōu)選的，所述故意P型摻雜子組合層的個(gè)數(shù)≤3。

優(yōu)選的，所述空穴注入層的P型雜質(zhì)濃度大于多層結(jié)構(gòu)的P型雜質(zhì)濃度。

優(yōu)選的，所述空穴注入層的P型雜質(zhì)平均濃度≥1×10¹⁸。

優(yōu)選的，所述多層結(jié)構(gòu)的P型雜質(zhì)平均濃度≥1×10¹⁶。

優(yōu)選的，所述多層結(jié)構(gòu)中至少2個(gè)子組合層的Al組分不同。

優(yōu)選的，所述多層結(jié)構(gòu)中子組合層的個(gè)數(shù)≥2。

優(yōu)選的，每一所述子組合層的總厚度為10?！?00埃。

優(yōu)選的，所述空穴注入層的厚度為50?！?000埃。

優(yōu)選的，所述空穴注入層、電子阻擋層與空穴調(diào)整層的Al組分的變化方式為恒定摻雜、拋物線形、遞增或遞減變化摻雜。

一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)改善效果

《一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)》通過(guò)在外延結(jié)構(gòu)中的發(fā)光層與P型摻雜半導(dǎo)體層之間插入一層P型空穴注入層，以高濃度摻雜提供足夠的空穴，且臨近發(fā)光層，可有效提升發(fā)光效率，同時(shí)為緩沖發(fā)光層與后續(xù)多層結(jié)構(gòu)的晶格差異及實(shí)現(xiàn)低能階特性，該空穴注入層采用低Al組分高In組分的材料組成。

隨后生長(zhǎng)高Al組分的電子阻擋層和低Al組分的空穴調(diào)整層交替層疊組成的多層結(jié)構(gòu)，利用高Al組分與低Al組分交替分布的結(jié)構(gòu)避免高Al組分引起的材料質(zhì)量降低現(xiàn)象，同時(shí)利用In組分低能階的特性與Al組分搭配調(diào)變多層結(jié)構(gòu)的能階變化以進(jìn)一步改善多層結(jié)構(gòu)整體電子阻擋及空穴調(diào)整的作用。

此外，在沉積臨近空穴注入層的多層結(jié)構(gòu)的子組合層時(shí)不通入P型雜質(zhì)源，而是通過(guò)P型雜質(zhì)的延遲效應(yīng)及后續(xù)高溫條件下的擴(kuò)散作用進(jìn)入該子組合層內(nèi)；然后在繼續(xù)生長(zhǎng)的臨近P型摻雜半導(dǎo)體層的子組合層中摻入P型雜質(zhì)，在保證不增加電壓特性的前提下，提升多層結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量。

同時(shí)，所述空穴注入層和多層結(jié)構(gòu)均為氮化鋁銦鎵材料層，調(diào)整多層結(jié)構(gòu)中鋁和銦的組分含量，在形成良好的電子阻擋性能的同時(shí)降低其阻值，且結(jié)合前述的空穴注入層提供的有效空穴來(lái)源改善芯片的抗靜電性能。

《一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)》屬于半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)。

1.《一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)》從下至上依次包括襯底、緩沖層、N型摻雜半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型摻雜半導(dǎo)體層，其特征在于：所述發(fā)光層與P型摻雜半導(dǎo)體層之間還包含材料為Al_x0In_y0G_a1-x₀-y₀N的P型摻雜空穴注入層和復(fù)數(shù)個(gè)子組合層堆疊形成的多層結(jié)構(gòu)；所述每一個(gè)子組合層由材料為Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N的電子阻擋層與材料為Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N的空穴調(diào)整層組成，其中，y₀＞x₀＞0，x₁＞y₁＞0，x₂≥y₂＞0，x₁＞x₂≥x₀，y₀＞y₂＞y₁；所述多層結(jié)構(gòu)中位于下部的子組合層為非故意P型摻雜層，位于上部的子組合層為故意P型摻雜層，所述非故意P型摻雜的子組合層個(gè)數(shù)大于或等于所述故意P型摻雜的子組合層個(gè)數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述空穴注入層形成過(guò)程中的P型雜質(zhì)通過(guò)延遲效應(yīng)及后續(xù)高溫條件下的擴(kuò)散作用進(jìn)入非故意P型摻雜子組合層內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述空穴注入層的P型雜質(zhì)濃度大于多層結(jié)構(gòu)的P型雜質(zhì)濃度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述空穴注入層的P型雜質(zhì)平均濃度≥1×10¹⁸。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述多層結(jié)構(gòu)的P型雜質(zhì)平均濃度≥1×10¹⁶。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述故意P型摻雜的子組合層個(gè)數(shù)≤3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述多層結(jié)構(gòu)中至少2個(gè)子組合層的Al組分不同。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述多層結(jié)構(gòu)中子組合層的個(gè)數(shù)≥2。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：每一所述子組合層的總厚度為10?！?00埃。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述空穴注入層的厚度為50埃～1000埃。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調(diào)整層的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述空穴注入層、電子阻擋層與空穴調(diào)整層的Al組分的摻雜方式為恒定摻雜、拋物線形、遞增或遞減變化摻雜。