发明名称 电致发光的方法与装置
摘要 一种以电荷补捉结构引起电致发光的方法与装置。许多实施例关于以一种型态的电荷传输引起电致发光的方法与装置,其中电荷传输以施加正向偏压的p-n结构或反向偏压的p-n结构,提供至电荷捕捉结构。
申请公布号 TWI268000 申请公布日期 2006.12.01
申请号 TW094120556 申请日期 2005.06.21
申请人 旺宏电子股份有限公司 发明人 叶致锴;古绍泓;汪大晖;卢志远
分类号 H01L33/00(2006.01) 主分类号 H01L33/00(2006.01)
代理机构 代理人 詹铭文 台北市中正区罗斯福路2段100号7楼之1;萧锡清 台北市中正区罗斯福路2段100号7楼之1
主权项 1.一种电致发光元件,包括:一闸极,提供一闸极电压;一电荷捕捉结构,由该闸极电压控制,其中多数个第一电荷型态与多数个第二电荷型态在该电荷捕捉结构中结合而产生光子;以及一主体区,具有一第一掺杂物型态,使该主体区具有多数个第一电荷型态作为主要运输,且具有多数个第二电荷型态作为次要运输,该主体区包括:一接触区,具有一第二掺杂物型态,使该接触区具有该些第二电荷型态作为主要运输,且具有该些第一电荷型态作为次要运输,对该接触区施加相对于该主体区之一反向偏压,以提供该些第一电荷型态至少穿过该主体区至该电荷捕捉结构。2.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,其中该主体区具有一第一掺杂浓度,该第一掺杂浓度介于1015cm-3~1019cm-3之间,且该接触区具有一第二掺杂浓度,该第二掺杂浓度介于1019cm-3~1021cm-3之间。3.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,更包括一个或多数个隔离介电结构,位于该电荷捕捉结构与该主体区之间,其中该接触区提供该些第一电荷型态至少穿过该主体区与该或该些隔离介电结构至该电荷捕捉结构。4.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,其中该主体区之该第一掺杂物型态为p型,该接触区之该第二掺杂物型态为n型,由该接触区提供之该些第一电荷型态为电洞,且该些第二电荷型态为电子。5.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,其中该主体区之该第一掺杂物型态为n型,该接触区之该第二掺杂物型态为p型,由该接触区提供之该些第一电荷型态为电子,且该些第二电荷型态为电洞。6.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,其中该主体区之该第一掺杂物型态为p型,该接触区之该第二掺杂物型态为n型,由该接触区提供之该些第一电荷型态为带对带(band-to-band)热电洞,且该些第二电荷型态为电子。7.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,其中该主体区之该第一掺杂物型态为n型,该接触区之该第二掺杂物型态为p型,由该接触区提供之该些第一电荷型态为带对带热电子,且该些第二电荷型态为电洞。8.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,其中该闸极提供该些第二电荷型态至该电荷捕捉结构。9.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,更包括一个或多数个隔离介电结构,位于该电荷捕捉结构与该闸极之间,其中该闸极提供该些第二电荷型态至少穿过该或该些隔离介电结构至该电荷捕捉结构。10.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,其中该电荷捕捉结构提供该些第二电荷型态至该电荷捕捉结构。11.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,其中该电荷捕捉结构包括多数个电荷捕捉结构,该些电荷捕捉结构以该或该些介电结构相互隔离开。12.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,更包括一电路系统,以二个方式至少其中之一控制该电荷捕捉结构,该二个方式包括:减少该反向偏压,以自该电荷捕捉结构产生较少之光子;以及增加该反向偏压,以自该电荷捕捉结构产生较多之光子。13.如申请专利范围第1项所述之电致发光元件,更包括一电路系统,以二个方式至少其中之一控制该电荷捕捉结构,该二个方式包括:减少一电场,该电场移动该些第一电荷型态自该主体区至该电荷捕捉结构,因此自该电荷捕捉结构产生较少之光子;以及增加该电场,该电场移动该些第一电荷型态自该主体区至该电荷捕捉结构,因此自该电荷捕捉结构产生较多之光子。14.一种电致发光元件,包括:一闸极,提供一闸极电压;一电荷捕捉结构,由该闸极电压控制,其中多数个第一电荷型态与多数个第二电荷型态在该电荷捕捉结构中结合而产生光子;以及一基底区,具有一第一掺杂物型态,使该基底区具有多数个第一电荷型态作为主要运输,且具有多数个第二电荷型态作为次要运输,该基底区包括:一井区,具有一第二掺杂物型态,使该井区具有该些第二电荷型态作为主要运输,且具有该些第一电荷型态作为次要运输,其中对该基底区施加相对于该井区之一正向偏压,以提供该些第一电荷型态至少穿过该井区至该电荷捕捉结构。15.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,其中该基底具有一第一掺杂浓度,该第一掺杂浓度介于1010cm-3~1013cm-3之间,且该井区具有一第二掺杂浓度,该第二掺杂浓度介于1015cm-3~1019cm-3之间。16.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,更包括一个或多数个隔离介电结构,位于该电荷捕捉结构与该井区之间,其中该井区提供该些第一电荷型态至少穿过该井区与该或该些隔离介电结构至该电荷捕捉结构。17.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,其中该基底区之该第一掺杂物型态为p型,该井区之该第二掺杂物型态为n型,由该基底区提供之该些第一电荷型态为电洞,且该些第二电荷型态为电子。18.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,其中该基底区之该第一掺杂物型态为n型,该井区之该第二掺杂物型态为p型,由该基底区提供之该些第一电荷型态为电子,且该些第二电荷型态为电洞。19.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,其中该基底区之该第一掺杂物型态为p型,该井区之该第二掺杂物型态为n型,由该基底区提供之该些第一电荷型态为热电洞,且该些第二电荷型态为电子。20.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,其中该基底区之该第一掺杂物型态为n型,该井区之该第二掺杂物型态为p型,由该基底区提供之该些第一电荷型态为热电子,且该些第二电荷型态为电洞。21.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,其中该闸极提供该些第二电荷型态至该电荷捕捉结构。22.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,更包括一个或多数个隔离介电结构,位于该电荷捕捉结构与该闸极之间,其中该闸极提供该些第二电荷型态至少穿过该或该些隔离介电结构至该电荷捕捉结构。23.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,其中该电荷捕捉结构提供该些第二电荷型态至该电荷捕捉结构。24.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,其中该电荷捕捉结构包括多数个电荷捕捉结构,该些电荷捕捉结构以该或该些介电结构相互隔离开。25.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,更包括一电路系统,以二个方式至少其中之一控制该电荷捕捉结构,该二个方式包括:减少该正向偏压,以自该电荷捕捉结构产生较少之光子;以及增加该正向偏压,以自该电荷捕捉结构产生较多之光子。26.如申请专利范围第14项所述之电致发光元件,更包括一电路系统,以二个方式至少其中之一控制该电荷捕捉结构,该二个方式包括:减少一电场,该电场移动该些第一电荷型态自该基底区至该电荷捕捉结构,因此自该电荷捕捉结构产生较少之光子;以及增加该电场,该电场移动该些第一电荷型态自该基底区至该电荷捕捉结构,因此自该电荷捕捉结构产生较多之光子。27.一种引起电致发光的方法,藉由多数个第一电荷型态与多数个第二电荷型态于一元件中结合,该元件包括一闸极、一电荷捕捉结构与一主体区,其中该闸极提供一闸极电压,该电荷捕捉结构由该闸极电压控制,而该主体区具有一第一掺杂物型态,使该主体区具有该些第一电荷型态以作为主要运输,且具有该些第二电荷型态以作为次要运输,且该主体区包括一接触区,该接触区具有一第二掺杂物型态,使该接触区具有该些第二电荷型态作为主要运输,且具有该些第一电荷型态作为次要运输,该引起电致发光的方法包括:对该接触区施加相对于该主体区的反向偏压,以1)自该接触区至少穿过该主体区至该电荷捕捉结构提供该些第一电荷型态,以及2)将提供自该接触区之该些第一电荷型态与该电荷捕捉结构中的该些第二电荷型态结合,而自该电荷捕捉结构产生光子。28.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该主体区具有一第一掺杂浓度,该第一掺杂浓度介于1015cm-3~1019cm-3之间,且该接触区具有一第二掺杂浓度,该第二掺杂浓度介于1019cm-3~1021cm-3之间。29.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该接触区提供该些第一电荷型态至少穿过该主体区与一个或多数个隔离介电结构至该电荷捕捉结构。30.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该主体区为p型,该接触区为n型,由该接触区提供之该些第一电荷型态为电洞,且该些第二电荷型态为电子。31.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该主体区为n型,该接触区为p型,由该接触区提供之该些第一电荷型态为电子,且该些第二电荷型态为电洞。32.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该主体区为p型,该接触区为n型,由该接触区提供之该些第一电荷型态为带对带热电洞,且该些第二电荷型态为电子。33.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该主体区为n型,该接触区为p型,由该接触区提供之该些第一电荷型态为带对带热电子,且该些第二电荷型态为电洞。34.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该闸极提供该些第二电荷型态至该电荷捕捉结构。35.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该闸极提供该些第二电荷型态至少穿过该或该些隔离介电结构至该电荷捕捉结构。36.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该电荷捕捉结构提供该些第二电荷型态至该电荷捕捉结构。37.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,其中该电荷捕捉结构包括多数个电荷捕捉结构,该些电荷捕捉结构以该或该些介电结构相互隔离开。38.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,更包括以二个方式至少其中之一控制该电荷捕捉结构,该二个方式包括:减少该反向偏压,以自该电荷捕捉结构产生较少之光子;以及增加该反向偏压,以自该电荷捕捉结构产生较多之光子。39.如申请专利范围第27项所述之引起电致发光的方法,更包括以二个方式至少其中之一控制该电荷捕捉结构,该二个方式包括:减少一电场,以自该电荷捕捉结构产生较少之光子,其中该电场移动该些第一电荷型态自该主体区至该电荷捕捉结构;以及增加该电场,以自该电荷捕捉结构产生较多之光子,其中该电场移动该些第一电荷型态自该主体区至该电荷捕捉结构。40.一种引起电致发光的方法,藉由多数个第一电荷型态与多数个第二电荷型态于一元件中结合,该元件包括一闸极、一电荷捕捉结构与一基底区,其中该闸极提供一闸极电压,该电荷捕捉结构由该闸极电压控制,而该基底区具有一第一掺杂物型态,使该基底区具有该些第一电荷型态以作为主要运输,且具有该些第二电荷型态以作为次要运输,且该基底区包括一井区,该井区具有一第二掺杂物型态,使该井区具有该些第二电荷型态作为主要运输,且具有该些第一电荷型态作为次要运输,该引起电致发光的方法包括:对该基底区施加相对于该井区的正向偏压,以1)自该基底区至少穿过该井区至该电荷捕捉结构提供该些第一电荷型态,以及2)将提供自该基底区之该些第一电荷型态与该电荷捕捉结构中的该些第二电荷型态结合,而自该电荷捕捉结构产生光子。41.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该基底区具有一第一掺杂浓度,该第一掺杂浓度介于1010cm-3~1013cm-3之间,且该井区具有一第二掺杂浓度,该第二掺杂浓度介于1015cm-3~1019cm-3之间。42.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该井区提供该些第一电荷型态至少穿过该井区与一个或多数个隔离介电结构至该电荷捕捉结构。43.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该基底区为p型,该井区为n型,由该基底区提供之该些第一电荷型态为电洞,且该些第二电荷型态为电子。44.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该基底区为n型,该井区为p型,由该基底区提供之该些第一电荷型态为电子,且该些第二电荷型态为电洞。45.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该基底区为p型,该井区为n型,由该基底区提供之该些第一电荷型态为热电洞,且该些第二电荷型态为电子。46.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该基底区为n型,该井区为p型,由该基底区提供之该些第一电荷型态为热电子,且该些第二电荷型态为电洞。47.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该闸极提供该些第二电荷型态至该电荷捕捉结构。48.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该闸极提供该些第二电荷型态至少穿过该或该些隔离介电结构至该电荷捕捉结构。49.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该电荷捕捉结构提供该些第二电荷型态至该电荷捕捉结构。50.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,其中该电荷捕捉结构包括多数个电荷捕捉结构,该些电荷捕捉结构以该或该些介电结构相互隔离开。51.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,更包括以二个方式至少其中之一控制该电荷捕捉结构,该二个方式包括:减少该正向偏压,以自该电荷捕捉结构产生较少之光子;以及增加该正向偏压,以自该电荷捕捉结构产生较多之光子。52.如申请专利范围第40项所述之引起电致发光的方法,更包括以二个方式至少其中之一控制该电荷捕捉结构,该二个方式包括:减少一电场,以自该电荷捕捉结构产生较少之光子,其中该电场移动该些第一电荷型态自该基底区至该电荷捕捉结构;以及增加该电场,以自该电荷捕捉结构产生较多之光子,其中该电场移动该些第一电荷型态自该基底区至该电荷捕捉结构。图式简单说明:图1绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自主体区中的接触区接收电荷。图2绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自基底区穿过井区接收电荷。图3绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自主体区中的接触区接收电荷,隔离介电层位于电荷捕捉结构与主体区之间。图4绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自主体区中的接触区接收电荷,隔离介电层位于电荷捕捉结构与闸极之间。图5绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自主体区中的接触区接收电荷,隔离介电层位于电荷捕捉结构与主体区之间,以及位于电荷捕捉结构与闸极之间。图6绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自主体区中的接触区接收电荷,隔离介电层将二个电荷捕捉区隔离开,隔离介电层位于电荷捕捉结构的任一部分与主体区之间,以及位于电荷捕捉结构的任一部分之与闸极间。图7绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自主体区中的接触区接收电荷,隔离介电层分别将三个电荷捕捉区隔离开,隔离介电层位于电荷捕捉结构的任一部分与主体区之间,以及位于电荷捕捉结构的任一部分与闸极之间。图8绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自基底区穿过井区接收电荷,隔离介电层位于电荷捕捉结构与井区之间。图9绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自基底区穿过井区接收电荷,隔离介电层位于井区与闸极之间。图10绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自基底区穿过井区接收电荷,隔离介电层位于电荷捕捉结构与井区之间,以及位于电荷捕捉结构与闸极之间。图11绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自基底区穿过井区接收电荷,隔离介电层将二个电荷捕捉区隔离开,隔离介电层位于电荷捕捉结构的任一部分与井区之间,以及位于电荷捕捉结构的任一部分与闸极之间。图12绘示一种电致发光电荷捕捉元件,此元件自基底区穿过井区接收电荷,隔离介电层分别将三个电荷捕捉区隔离开,隔离介电层位于电荷捕捉结构的任一部分与井区之间,以及位于电荷捕捉结构的任一部分与闸极之间。图13绘示为自电荷捕捉结构产生光子的结构示意图,光子是藉由在p型主体区中来自n+接触区的电洞与来自电荷捕捉结构的电子结合所产生。图14绘示光子产生的能隙图,藉由在p型主体区中来自n+接触区的电洞与来自电荷捕捉结构的电子结合,自电荷捕捉结构产生光子。图15绘示为自电荷捕捉结构产生光子的结构示意图,光子是藉由在p型主体区中来自n+接触区的电洞与来自闸极的电子结合所产生。图16绘示光子产生的能隙图,藉由在p型主体区中来自n+接触区的电洞与来自闸极的电子结合,自电荷捕捉结构产生光子。图17绘示为自电荷捕捉结构产生光子的结构示意图,光子是藉由在n型主体区中来自p+接触区的电子与来自电荷捕捉结构的电洞结合所产生。图18绘示光子产生的能隙图,藉由在n型主体区中来自p+接触区的电子与来自电荷捕捉结构的电洞结合,自电荷捕捉结构产生光子。图19绘示为自电荷捕捉结构产生光子的结构示意图,光子是藉由在n型主体区中来自p+接触区的电子与来自闸极的电洞结合所产生。图20绘示光子产生的能隙图,藉由在n型主体区中来自p+接触区的电子与来自闸极的电洞结合,自电荷捕捉结构产生光子。图21绘示为自电荷捕捉结构产生光子的结构示意图,光子是藉由自p型基底区穿过n型井区中的电洞与来自电荷捕捉结构的电子结合所产生。图22绘示光子产生的能隙图,藉由自p型基底区穿过n型井区的电洞与来自电荷捕捉结构的电子结合,自电荷捕捉结构产生光子。图23绘示为自电荷捕捉结构产生光子的结构示意图,光子是藉由自p型基底区穿过n型井区中的电洞与来自闸极的电子结合所产生。图24绘示光子产生的能隙图,藉由自p型基底区穿过n型井区的电洞与来自闸极的电子结合,自电荷捕捉结构产生光子。图25绘示为自电荷捕捉结构产生光子的结构示意图,光子是藉由自n型基底区穿过p型井区中的电子与来自电荷捕捉结构的电洞结合所产生。图26绘示光子产生的能隙图,藉由自n型基底区穿过p型井区的电子与来自电荷捕捉结构的电洞结合,自电荷捕捉结构产生光子。图27绘示为自电荷捕捉结构产生光子的结构示意图,光子是藉由自n型基底区穿过p型井区中的电子与来自闸极的电洞结合所产生。图28绘示光子产生的能隙图,藉由自n型基底区穿过p型井区的电子与来自闸极的电洞结合,自电荷捕捉结构产生光子。图29绘示为以背景光子强度对由在p型主体区中来自n+接触区的电洞与来自闸极的电子结合所产生的光子强度比较之实验资料图。图30绘示为光强度对p型主体区电压之曲线图,其中n+接触区电压与闸极电压皆为定値。图31绘示为一组光强度对n+接触区电压之曲线图,其中每一条曲线的p型主体区电压与闸极电压皆为定値。图32绘示电致发光电荷捕捉元件的操作条件,此电致发光电荷捕捉元件在p型主体区中具有n+接触区,相对于图33,在接触区与主体区之间具有增加的反向偏压,以致于自电荷捕捉结构产生更多的光子。图33绘示电致发光电荷捕捉元件的操作条件,此电致发光电荷捕捉元件在p型主体区中具有n+接触区,相对于图32,在接触区与主体区之间具有减少的反向偏压,以致于自电荷捕捉结构产生较少的光子。图34绘示电致发光电荷捕捉元件的操作条件,此电致发光电荷捕捉元件在n型主体区中具有p+接触区,相对于图35,在接触区与主体区之间具有增加的反向偏压,以致于自电荷捕捉结构产生更多的光子。图35绘示电致发光电荷捕捉元件的操作条件,此电致发光电荷捕捉元件在n型主体区中具有p+接触区,相对于图34,在接触区与主体区之间具有减少的反向偏压,以致于自电荷捕捉结构产生较少的光子。图36绘示电致发光电荷捕捉元件的操作条件,此电致发光电荷捕捉元件在p型基底区中具有n型井区,相对于图37,在井区与基底区之间具有增加的正向偏压,以致于自电荷捕捉结构产生更多的光子。图37绘示电致发光电荷捕捉元件的操作条件,此电致发光电荷捕捉元件在p型基底区中具有n型井区,相对于图36,在接触区与主体区之间具有减少的正向偏压,以致于自电荷捕捉结构产生较少的光子。图38绘示电致发光电荷捕捉元件的操作条件,此电致发光电荷捕捉元件在n型基底区中具有p型井区,相对于图39,在井区与基底区之间具有增加的正向偏压,以致于自电荷捕捉结构产生更多的光子。图39绘示电致发光电荷捕捉元件的操作条件,此电致发光电荷捕捉元件在n型基底区中具有p型井区,相对于图38,在接触区与主体区之间具有减少的正向偏压,以致于自电荷捕捉结构产生较少的光子。图40绘示为一种具有电效发光元件阵列的积体电路,此积体电路具有上述正向偏压和/或反向偏压电致发光元件至少其中之一。
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