空穴

一个呈电中性的原子，其正电质子和负电电子的数量是相等的。当少了一个负电的电子，那里就会呈现出一个正电性的空位——空穴；反之，当有一个电子进来掉进了空穴，就会发出电磁波——光子。

空穴不是正电子，电子与正电子相遇湮灭时，所发出来的光子是非常高能的(即所谓的猝灭现象)。那是两粒子的质量所完全转化出来的电磁波能（通常会转出一对光子）。而电子掉入空穴所发出来的光子，其能量通常只有几个电子伏特。

半导体由于禁带较窄，电子只需不多的能量就能从价带激发到导带，从而在价带中留下空穴。周围电子可以填补这个空穴，同时在原位置产生一个新的空穴，因此实际上的电子运动看起来就如同是空穴在移动。

在半导体的制备中，要在4价的本征半导体（纯硅、锗等的晶体）的基础上掺杂。若掺入3价元素杂质（如硼、镓、铟、铝等），则可产生大量空穴，获得P型半导体，又称空穴型半导体。空穴是P型半导体中的载流子，为多子。

在半导体里，出现了空穴这样一个名词。 当参杂B进入Si内此时B会以B e-=B-和Si形成稳定共价键，即每个B会接受一个电子(电子来自其他Si之间的共价键中的价电子)

使自己周围价电子变成4个才能和周围的4个Si形成稳定共价键故每加入1个B原子将产生一个空穴

空穴并不是真实存在的,只是对大量电子运动的一种等效,空穴的流动其实就是大量电子运动的等效的反运动,这从空穴的定义和特性就可以知道。

空穴空穴导电

一般的解释是，由于在四价的硅或锗晶体中掺进了三价的铟或镓原子，这些原子和硅或锗的原子的化合键中就缺少了一个电子．这个缺位叫空穴．这样的材料叫P型半导体．在外电场中，P型半导体中的电子会逆电场方向依次填补空穴，同时空穴也就沿电场方向移动．空穴就可以被认为是带正电的粒子，以它的运动取代电子的运行来解释P型半导体中电流的形成．用空穴概念甚至可以解释P型半导体的霍尔效应．一块通有电流的P型半导体置于磁场中．其中的空穴沿电流方向运动受磁场力方向向上，因而会在上缘集聚，使上缘带正电，同时下缘就带了负电．上缘电势就高于下缘电势．这一解释完全符合实验结果，说明概念是正确的。

空穴概念

当满带顶附近产生p0个空态时,其余大量电子在外电场作用下所产生的电流,可等效为p0个具有正电荷q和正有效质量mp,速度为v(k)的准经典粒子所产生的电流.这样的准经典粒子称为空穴。

半导体如锗和硅晶体的能带结构，类似于绝缘体，导带中没有电子而价带是满带，但其间的禁带宽度较小，如硅约1.1eV，锗约0.7eV。常温下，由于热运动，少量在价带顶部的能量大的电子就可能越过禁带而升迁到导带中去成为“自由电子”，这些电子可以通过电子导电形成电流。

由于电子的升迁，在原来是满带的价带中就空出了相等数量的量子态，其余未升迁的电子就可以进入这些量子态而改变自己的量子态。这些空的量子态叫空穴。由于空穴的存在，价带中的电子就松动了，也就可以在电场的作用下形成电流了。

空穴特征

1.荷电量与电子相等但符号相反,既荷 q;

2.有效质量数值等于价带顶空态所对应的电子有效质量,但符号为正,即mp=-mn;

3.速度为价带顶空带所对应的电子速度;

4.浓度等于空态密度p0;

一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构专利目的

《一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构》所解决的技术问题在于提供一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构及制备方法，以解决上述背景技术中所提及的问题。

一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构技术方案

《一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构》提供的技术方案为：一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，从下至上依次包括衬底、缓冲层、N型掺杂半导体层、发光层和P型掺杂半导体层，其中，所述发光层与P型掺杂半导体层之间还包含材料为Al_x0In_y0G_a1-x₀-y₀N的P型掺杂空穴注入层和复数个子组合层堆叠形成的多层结构；所述每一个子组合层由材料为Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N的电子阻挡层与材料为Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N的空穴调整层组成，其中，y₀＞x₀＞0，x₁＞y₁＞0，x₂≥y₂＞0，x₁＞x₂≥x₀，y₀＞y₂＞y₁。

优选的，所述多层结构中位于下部的子组合层为非故意P型掺杂层，位于上部的子组合层为故意P型掺杂层，所述非故意P型掺杂的子组合层个数大于或等于所述故意P型掺杂的子组合层个数。优选的，所述空穴注入层的P型杂质浓度大于多层结构的P型杂质浓度。优选的，所述空穴注入层形成过程中的P型杂质通过延迟效应及后续高温条件下的扩散作用进入非故意P型掺杂子组合层内。优选的，所述故意P型掺杂的子组合层个数≤3。优选的，所述多层结构中至少2个子组合层的Al组分不同。优选的，所述多层结构中子组合层的个数≥2。优选的，每一所述子组合层的总厚度为10埃～200埃。优选的，所述空穴注入层的厚度为50埃～1000埃。

优选的，所述空穴注入层、电子阻挡层与空穴调整层的Al组分的变化方式为恒定掺杂、抛物线形、递增或递减变化掺杂。优选的，所述空穴注入层的P型杂质平均浓度≥1×10¹⁸。优选的，所述多层结构的P型杂质平均浓度≥1×10¹⁶。为制备上述的外延结构，该发明同时提出一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：

提供一衬底；沉积缓冲层于所述衬底之上；沉积N型掺杂半导体层于所述缓冲层之上；沉积发光层于所述N型掺杂半导体层之上；沉积材料为Al_x0In_y0G_a1-x₀-y₀N的P型掺杂空穴注入层于所述发光层之上；沉积材料为Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N的电子阻挡层与材料为Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N的空穴调整层交替堆叠组成的多层结构于所述空穴注入层之上，其中，y₀＞x₀＞0，x₁＞y₁＞0，x₂≥y₂＞0，x₁＞x₂≥x₀，y₀＞y₂＞y₁；沉积P型掺杂半导体层于所述多层结构之上，形成外延结构。

优选的，沉积所述P型掺杂空穴注入层时反应室的温度低于沉积所述多层结构时反应室的温度。

优选的，沉积所述P型掺杂空穴注入层时反应室的温度与沉积所述多层结构时反应室的温度差值为50~100℃。

优选的，沉积所述P型掺杂空穴注入层时反应室的压力与沉积所述多层结构时反应室的压力相同，压力值为50~500托。

优选的，沉积多层结构过程中，首先停止通入P型杂质源，沉积位于多层结构下部的非故意P型掺杂子组合层，所述空穴注入层形成过程中的P型杂质通过延迟效应及后续高温条件下的扩散作用进入所述非故意P型掺杂子组合层内；然后再次通入P型杂质源，沉积形成位于所述多层结构上部的故意P型掺杂子组合层。

优选的，所述非故意P型掺杂子组合层的个数大于或等于所述故意P型掺杂子组合层的个数。

优选的，所述故意P型掺杂子组合层的个数≤3。

优选的，所述空穴注入层的P型杂质浓度大于多层结构的P型杂质浓度。

优选的，所述空穴注入层的P型杂质平均浓度≥1×10¹⁸。

优选的，所述多层结构的P型杂质平均浓度≥1×10¹⁶。

优选的，所述多层结构中至少2个子组合层的Al组分不同。

优选的，所述多层结构中子组合层的个数≥2。

优选的，每一所述子组合层的总厚度为10埃～200埃。

优选的，所述空穴注入层的厚度为50埃～1000埃。

优选的，所述空穴注入层、电子阻挡层与空穴调整层的Al组分的变化方式为恒定掺杂、抛物线形、递增或递减变化掺杂。

一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构改善效果

《一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构》通过在外延结构中的发光层与P型掺杂半导体层之间插入一层P型空穴注入层，以高浓度掺杂提供足够的空穴，且临近发光层，可有效提升发光效率，同时为缓冲发光层与后续多层结构的晶格差异及实现低能阶特性，该空穴注入层采用低Al组分高In组分的材料组成。

随后生长高Al组分的电子阻挡层和低Al组分的空穴调整层交替层叠组成的多层结构，利用高Al组分与低Al组分交替分布的结构避免高Al组分引起的材料质量降低现象，同时利用In组分低能阶的特性与Al组分搭配调变多层结构的能阶变化以进一步改善多层结构整体电子阻挡及空穴调整的作用。

此外，在沉积临近空穴注入层的多层结构的子组合层时不通入P型杂质源，而是通过P型杂质的延迟效应及后续高温条件下的扩散作用进入该子组合层内；然后在继续生长的临近P型掺杂半导体层的子组合层中掺入P型杂质，在保证不增加电压特性的前提下，提升多层结构的晶体质量。

同时，所述空穴注入层和多层结构均为氮化铝铟镓材料层，调整多层结构中铝和铟的组分含量，在形成良好的电子阻挡性能的同时降低其阻值，且结合前述的空穴注入层提供的有效空穴来源改善芯片的抗静电性能。

《一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构》属于半导体制备技术领域，特别涉及一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构。

1.《一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构》从下至上依次包括衬底、缓冲层、N型掺杂半导体层、发光层和P型掺杂半导体层，其特征在于：所述发光层与P型掺杂半导体层之间还包含材料为Al_x0In_y0G_a1-x₀-y₀N的P型掺杂空穴注入层和复数个子组合层堆叠形成的多层结构；所述每一个子组合层由材料为Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N的电子阻挡层与材料为Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N的空穴调整层组成，其中，y₀＞x₀＞0，x₁＞y₁＞0，x₂≥y₂＞0，x₁＞x₂≥x₀，y₀＞y₂＞y₁；所述多层结构中位于下部的子组合层为非故意P型掺杂层，位于上部的子组合层为故意P型掺杂层，所述非故意P型掺杂的子组合层个数大于或等于所述故意P型掺杂的子组合层个数。

2.根据权利要求1所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述空穴注入层形成过程中的P型杂质通过延迟效应及后续高温条件下的扩散作用进入非故意P型掺杂子组合层内。

3.根据权利要求1所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述空穴注入层的P型杂质浓度大于多层结构的P型杂质浓度。

4.根据权利要求3所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述空穴注入层的P型杂质平均浓度≥1×10¹⁸。

5.根据权利要求3所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述多层结构的P型杂质平均浓度≥1×10¹⁶。

6.根据权利要求1所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述故意P型掺杂的子组合层个数≤3。

7.根据权利要求1所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述多层结构中至少2个子组合层的Al组分不同。

8.根据权利要求1所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述多层结构中子组合层的个数≥2。

9.根据权利要求1所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：每一所述子组合层的总厚度为10埃～200埃。

10.根据权利要求1所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述空穴注入层的厚度为50埃～1000埃。

11.根据权利要求1所述的一种具有电子阻挡与空穴调整层的外延结构，其特征在于：所述空穴注入层、电子阻挡层与空穴调整层的Al组分的掺杂方式为恒定掺杂、抛物线形、递增或递减变化掺杂。