[发明专利]大功率金属半导体场效应发光晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及场效应半导体器件，具体是一种大功率金属半导体场效应发光晶体管。

背景技术

GaAlInP红色、InGaN蓝色和InGaN绿色的发光二极管(LED)技术逐渐成熟，利用金属有机气相淀积(MOCVD)生长外延片技术趋于稳定，器件的结构设计方面的专利也很多。在通常情况下，LED器件结构主要有衬底、缓冲层、n型层、量子阱区、p型层等，所有LED都没有电流控制层或控制区。在一些应用场合大功率发光二极管受到限制，利用大功率LED制作的路灯中，一只路灯要有100颗1W的发光二极管，路灯的开启电流非常大，特别是当一条路灯有很多路灯时，要求控制开关有很大的启动电流，这样成本也高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电流可控的大功率金属半导体场效应发光晶体管，在InGaN/GaN量子阱结构的发光二极管器件基础上增加一个电流控制区的器件，主要是一个增加栅极区，并改善器件的散热性能，以及提高发光强度和使用寿命。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种大功率金属半导体场效应发光晶体管，其特征在于在外延片的衬底上包括中心区的n型电子发射层，边缘区的n型电子发射层，n型电子发射层的中心区与边缘区之间是闭合的栅极区，中心区的n型电子发射层上面生长着量子阱层，量子阱层上生长着p型空穴产生层，p型空穴产生层的上面设置着漏极，在n型电子发射层的边缘区上设置着源极，栅极区上面设置着栅极。

上述的栅极区可以为圆形、椭圆形、方形等，优选正方形。

栅极区的高度最好是小于n型电子发射层的高度。

源极、栅极可以依通常的设置方法设置，最好是设置成环绕着中心区的量子阱层。

漏极可以依通常方式设置成一个，可设置于p型空穴产生层之上的任意地方，最好是设置于p型空穴产生层的中心位置上；也可以设置两个，最好是对称设置于p型空穴产生层上，对称中心为p型空穴产生层的中心；根据需要，漏极也可以设置成三个或者4个，也可以在p型空穴产生层的上边缘设置成闭合状。

与现有技术相比，本发明增加电流控制区——栅极区，当本发明器件采用倒装结构封装时，可以把漏极、栅极、源极接到金属电极上，增加散热面积，从而实现高电流，延长器件使用寿命。

本发明适用GaN、GaAlInP系材料，GaN材料发光颜色为绿色、蓝色，GaAlInP材料为红色、橙色、黄色。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例的结构顶视图。

图3是上述实施例的制备方法示意图。

在本发明的图1、图2和图3中，1是源极，2是栅极，3是漏极，4是p型空穴产生层，5是量子阱层，6是n型电子发射层的边缘区，7是外延片的衬底，8是栅极区，9是n型电子发射层的中心区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种大功率金属半导体场效应发光晶体管，在正方形外延片的衬底7上包括中心区的正方形的n型电子发射层9，边缘区的正方形的n型电子发射层6，n型电子发射层的中心区9与边缘区6之间是闭合的正方形的栅极区8，栅极区8的中心区的n型电子发射层9上面生长着量子阱层5，量子阱层5上生长着p型空穴产生层4，p型空穴产生层4的上面对称地设置着两个漏极3，在n型电子发射层的边缘区6上设置着环绕着量子阱层5的正方形源极1，栅极区8上面设置着环绕着量子阱层5的正方形栅极。

如图3所示，本实施例的制备方法如下：

(a)利用MOCVD技术，选用III-V族InGaN/GaN化合物材料制备正方形外延片，在衬底7上依次生长n型电子发射层、量子阱层5、p型空穴产生层4；

(b)采用离子刻蚀方法将p型空穴产生层4和量子阱层5的边缘区刻蚀掉，刻蚀出源极1和栅极2的台面；

(c)再刻蚀出栅极区槽，将n型电子发射层分割成中心区9和边缘区6；

(d)利用MOCVD方法二次在整体外延片上生长低浓度n型GaN材料在全部表面；n型GaN材料将填充栅极区槽，利用掩模技术保护栅极区槽中GaN材料，并离子刻蚀掉其它二次生长的n型GaN材料，形成栅极区8；

(e)利用平面工艺制作源极(1)和漏极(2)，在栅极区(8)利用金属半导体场效应原理制作栅极(3)，即形成了大功率金属半导体场效应发光晶体管。