[发明专利]一种二维半导体双异质结高效发光器件

说明书

本发明公开了一种二维半导体双异质结高效发光器件，包括：绝缘衬底；两个栅极，位于绝缘衬底；氮化硼介电层，位于栅极上；半导体发光层，位于氮化硼介电层上；半导体载流子输运层，位于半导体发光层上；源漏电极，位于半导体载流子输运层上；氮化硼保护层，位于源漏电极上；发光器件工作时在两个栅极上分别施加正负电压，分别产生P型半导体和N型半导体形成半导体双异质结，并在源漏电极施加偏压。本发明能降低器件串联电阻，提升器件的饱和电流，因此可以提升器件的发光强度、提升器件的功率效率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种二维半导体双异质结高效发光器件。

背景技术

光电子器件是科技时代发展的基石，每一次跨越式的发展都得益于对新型半导体材料的发现、研究和利用：III-V族半导体将人们带入了光通信时代；P型GaN将人们带入了冷光照明和显示的时代。近年来，又发展出了一大类新型的材料体系——二维材料，它们仅有单个原子或几个原子厚，而且表面没有悬挂键。2004年，石墨烯的发现标志着二维材料的诞生，之后迅速引发研究人员对二维材料的兴趣和广泛的研究。目前发展出的二维材料已经成百上千种，包含了导体、半导体、绝缘体等丰富的材料属性，并具有独特的电学、光学、热学与机械性质。其中，具有半导体性质的过渡金属二硫族化合物(TMDC)在新型光电子器件的研究中备受关注。这些单层TMDC由于电子的运动在第三个维度上受到量子限制效应，相比传统的三维半导体材料有具有独特的能带结构与性质，成为谷电子学、多体相互作用、强耦合等物理的绝佳研究平台。而且，多种TMDC在单层时为直接带隙，成为目前最薄的发光材料，在小型化、低功耗、可集成的光电子器件领域具有巨大的应用潜力。

为了使二维半导体材料能够进入实际的发光应用，实现电致发光就尤为关键。对于传统的三维半导体，其电致发光已经得到了广泛而充分的研究，这在一定程度上为二维半导体材料的电致发光的研究提供了宝贵的理论和思路上的指导。但是，由于二维材料本身具有其特殊性，主要包括难以通过传统的掺杂手段来实现材料的P、N型的构建，并且由于面外无悬挂键、载流子在面外方向原子尺度的轻易隧穿，使得二维材料异质堆叠的特性与传统体材料异质结有很大的不同，因此，无法仅通过对传统体材料发光结构的照搬套用来实现其相应的功能。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种二维半导体双异质结高效发光器件，利用两个I型异质结形成双异质结，载流子可以从宽带隙半导体转移至窄带隙半导体中；宽带隙半导体与金属接触可以降低接触电阻；宽带隙半导体载流子迁移率高，作为载流子输运通道可以降低串联电阻；载流子可以限制在窄带隙半导体中进行复合，提高量子效率。

为达上述目的，本发明一方面提出了一种二维半导体双异质结高效发光器件，包括：

绝缘衬底；

两个栅极，位于所述绝缘衬底；

氮化硼介电层，位于所述栅极上；

半导体发光层，位于所述氮化硼介电层上；

半导体载流子输运层，位于所述半导体发光层上；

源漏电极，位于所述半导体载流子输运层上；

氮化硼保护层，位于所述源漏电极上；

所述发光器件工作时在所述两个栅极上分别施加正负电压，分别产生P型半导体和N型半导体形成半导体双异质结，并在所述源漏电极施加偏压。

根据本发明实施例的二维半导体双异质结高效发光器件还可以具有以下附加技术特征：

进一步地，所述栅极间距为200-2000nm，所述栅极包括金、铬、银、铝金属材料中的一种。

进一步地，所述氮化硼介电层的厚度为20-40nm，所述氮化硼介电层的材料包括三氧化二铝、二氧化硅和氮化硅绝缘材料中的一种。