空穴原理

一個呈電中性的原子，其正電質子和負電電子的數(shù)量是相等的。當少了一個負電的電子，那里就會呈現(xiàn)出一個正電性的空位——空穴；反之，當有一個電子進來掉進了空穴，就會發(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，所發(fā)出來的光子是非常高能的(即所謂的猝滅現(xiàn)象)。那是兩粒子的質量所完全轉化出來的電磁波能（通常會轉出一對光子）。而電子掉入空穴所發(fā)出來的光子，其能量通常只有幾個電子伏特。

半導體由于禁帶較窄，電子只需不多的能量就能從價帶激發(fā)到導帶，從而在價帶中留下空穴。周圍電子可以填補這個空穴，同時在原位置產生一個新的空穴，因此實際上的電子運動看起來就如同是空穴在移動。

在半導體的制備中，要在4價的本征半導體（純硅、鍺等的晶體）的基礎上摻雜。若摻入3價元素雜質（如硼、鎵、銦、鋁等），則可產生大量空穴，獲得P型半導體，又稱空穴型半導體。空穴是P型半導體中的載流子，為多子。

在半導體里，出現(xiàn)了空穴這樣一個名詞。 當參雜B進入Si內此時B會以B e-=B-和Si形成穩(wěn)定共價鍵，即每個B會接受一個電子(電子來自其他Si之間的共價鍵中的價電子)

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

空穴并不是真實存在的,只是對大量電子運動的一種等效,空穴的流動其實就是大量電子運動的等效的反運動,這從空穴的定義和特性就可以知道。

空穴空穴導電

一般的解釋是，由于在四價的硅或鍺晶體中摻進了三價的銦或鎵原子，這些原子和硅或鍺的原子的化合鍵中就缺少了一個電子．這個缺位叫空穴．這樣的材料叫P型半導體．在外電場中，P型半導體中的電子會逆電場方向依次填補空穴，同時空穴也就沿電場方向移動．空穴就可以被認為是帶正電的粒子，以它的運動取代電子的運行來解釋P型半導體中電流的形成．用空穴概念甚至可以解釋P型半導體的霍爾效應．一塊通有電流的P型半導體置于磁場中．其中的空穴沿電流方向運動受磁場力方向向上，因而會在上緣集聚，使上緣帶正電，同時下緣就帶了負電．上緣電勢就高于下緣電勢．這一解釋完全符合實驗結果，說明概念是正確的。

空穴概念

當滿帶頂附近產生p0個空態(tài)時,其余大量電子在外電場作用下所產生的電流,可等效為p0個具有正電荷q和正有效質量mp,速度為v(k)的準經典粒子所產生的電流.這樣的準經典粒子稱為空穴。

半導體如鍺和硅晶體的能帶結構，類似于絕緣體，導帶中沒有電子而價帶是滿帶，但其間的禁帶寬度較小，如硅約1.1eV，鍺約0.7eV。常溫下，由于熱運動，少量在價帶頂部的能量大的電子就可能越過禁帶而升遷到導帶中去成為“自由電子”，這些電子可以通過電子導電形成電流。

由于電子的升遷，在原來是滿帶的價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，價帶中的電子就松動了，也就可以在電場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相反,既荷 q;

2.有效質量數(shù)值等于價帶頂空態(tài)所對應的電子有效質量,但符號為正,即mp=-mn;

3.速度為價帶頂空帶所對應的電子速度;

4.濃度等于空態(tài)密度p0;

一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構專利目的

《一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構》所解決的技術問題在于提供一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構及制備方法，以解決上述背景技術中所提及的問題。

一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構技術方案

《一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構》提供的技術方案為：一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，從下至上依次包括襯底、緩沖層、N型摻雜半導體層、發(fā)光層和P型摻雜半導體層，其中，所述發(fā)光層與P型摻雜半導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數(shù)個子組合層堆疊形成的多層結構；所述每一個子組合層由材料為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，所述多層結構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數(shù)大于或等于所述故意P型摻雜的子組合層個數(shù)。優(yōu)選的，所述空穴注入層的P型雜質濃度大于多層結構的P型雜質濃度。優(yōu)選的，所述空穴注入層形成過程中的P型雜質通過延遲效應及后續(xù)高溫條件下的擴散作用進入非故意P型摻雜子組合層內。優(yōu)選的，所述故意P型摻雜的子組合層個數(shù)≤3。優(yōu)選的，所述多層結構中至少2個子組合層的Al組分不同。優(yōu)選的，所述多層結構中子組合層的個數(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型雜質平均濃度≥1×10¹⁸。優(yōu)選的，所述多層結構的P型雜質平均濃度≥1×10¹⁶。為制備上述的外延結構，該發(fā)明同時提出一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構的制備方法，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的空穴調整層交替堆疊組成的多層結構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型摻雜半導體層于所述多層結構之上，形成外延結構。

優(yōu)選的，沉積所述P型摻雜空穴注入層時反應室的溫度低于沉積所述多層結構時反應室的溫度。

優(yōu)選的，沉積所述P型摻雜空穴注入層時反應室的溫度與沉積所述多層結構時反應室的溫度差值為50~100℃。

優(yōu)選的，沉積所述P型摻雜空穴注入層時反應室的壓力與沉積所述多層結構時反應室的壓力相同，壓力值為50~500托。

優(yōu)選的，沉積多層結構過程中，首先停止通入P型雜質源，沉積位于多層結構下部的非故意P型摻雜子組合層，所述空穴注入層形成過程中的P型雜質通過延遲效應及后續(xù)高溫條件下的擴散作用進入所述非故意P型摻雜子組合層內；然后再次通入P型雜質源，沉積形成位于所述多層結構上部的故意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數(shù)大于或等于所述故意P型摻雜子組合層的個數(shù)。

優(yōu)選的，所述故意P型摻雜子組合層的個數(shù)≤3。

優(yōu)選的，所述空穴注入層的P型雜質濃度大于多層結構的P型雜質濃度。

優(yōu)選的，所述空穴注入層的P型雜質平均濃度≥1×10¹⁸。

優(yōu)選的，所述多層結構的P型雜質平均濃度≥1×10¹⁶。

優(yōu)選的，所述多層結構中至少2個子組合層的Al組分不同。

優(yōu)選的，所述多層結構中子組合層的個數(shù)≥2。

優(yōu)選的，每一所述子組合層的總厚度為10埃～200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整層的外延結構改善效果

《一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構》通過在外延結構中的發(fā)光層與P型摻雜半導體層之間插入一層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，同時為緩沖發(fā)光層與后續(xù)多層結構的晶格差異及實現(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。

隨后生長高Al組分的電子阻擋層和低Al組分的空穴調整層交替層疊組成的多層結構，利用高Al組分與低Al組分交替分布的結構避免高Al組分引起的材料質量降低現(xiàn)象，同時利用In組分低能階的特性與Al組分搭配調變多層結構的能階變化以進一步改善多層結構整體電子阻擋及空穴調整的作用。

此外，在沉積臨近空穴注入層的多層結構的子組合層時不通入P型雜質源，而是通過P型雜質的延遲效應及后續(xù)高溫條件下的擴散作用進入該子組合層內；然后在繼續(xù)生長的臨近P型摻雜半導體層的子組合層中摻入P型雜質，在保證不增加電壓特性的前提下，提升多層結構的晶體質量。

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

《一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構》屬于半導體制備技術領域，特別涉及一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構。

1.《一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構》從下至上依次包括襯底、緩沖層、N型摻雜半導體層、發(fā)光層和P型摻雜半導體層，其特征在于：所述發(fā)光層與P型摻雜半導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數(shù)個子組合層堆疊形成的多層結構；所述每一個子組合層由材料為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；所述多層結構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數(shù)大于或等于所述故意P型摻雜的子組合層個數(shù)。

2.根據權利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述空穴注入層形成過程中的P型雜質通過延遲效應及后續(xù)高溫條件下的擴散作用進入非故意P型摻雜子組合層內。

3.根據權利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述空穴注入層的P型雜質濃度大于多層結構的P型雜質濃度。

4.根據權利要求3所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述空穴注入層的P型雜質平均濃度≥1×10¹⁸。

5.根據權利要求3所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述多層結構的P型雜質平均濃度≥1×10¹⁶。

6.根據權利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述故意P型摻雜的子組合層個數(shù)≤3。

7.根據權利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述多層結構中至少2個子組合層的Al組分不同。

8.根據權利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述多層結構中子組合層的個數(shù)≥2。

9.根據權利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：每一所述子組合層的總厚度為10?！?00埃。

10.根據權利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述空穴注入層的厚度為50?！?000埃。

11.根據權利要求1所述的一種具有電子阻擋與空穴調整層的外延結構，其特征在于：所述空穴注入層、電子阻擋層與空穴調整層的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。