在多有源區(qū)光電子器件中引入間接隧穿結(jié)構(gòu)，構(gòu)成多有源區(qū)高效率光電子器件，涉及一種新型的光電子器件結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
目前，光電子器件尤其是發(fā)光二極管（LED）發(fā)展迅速，已在照明領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為了將LED應(yīng)用到室內(nèi)照明，必須匹配我們常用的220V交流電，而高電壓多有源區(qū)LED正滿足這一要求。通常情況下，實(shí)現(xiàn)高壓光電子器件的方法是將將一定數(shù)量的管芯或器件串聯(lián)起來(lái)，其工藝有兩種：①將芯片封裝好做成器件后串聯(lián)；②在芯片制備工藝過(guò)程中串聯(lián)。然而，無(wú)論哪種工藝，都必須采用布線，因此工藝過(guò)程復(fù)雜，串聯(lián)器件所占空間大，芯片面積大，且由于需要布線，會(huì)導(dǎo)致器件的可靠性大大降低。我們提出一種實(shí)現(xiàn)多有源區(qū)發(fā)光高壓光電子器件的方法，利用隧道結(jié)的反向隧穿效應(yīng)，將多個(gè)發(fā)光單元在電學(xué)上連接起來(lái)，構(gòu)成多層多有源區(qū)結(jié)構(gòu)的的光電子器件。這種器件在工作時(shí)，前一個(gè)發(fā)光單元復(fù)合落入P型限制層價(jià)帶的電子，通過(guò)隧道結(jié)直接隧穿到下一個(gè)發(fā)光單元N型限制層的導(dǎo)帶（如圖1）。這種器件結(jié)構(gòu)突破了“一個(gè)電子最多只能產(chǎn)生一個(gè)光子”的極限，具有工作電流小、量子效率高、輸出功率大、損耗少、成本低、產(chǎn)值高等特點(diǎn)，且為高壓器件，滿足室內(nèi)通用照明需求。電子隧穿幾率隨半導(dǎo)體材料禁帶寬度的增大呈指數(shù)倍減小，直接隧道結(jié)構(gòu)可以用來(lái)連接中等禁帶寬度的半導(dǎo)體光電子器件。對(duì)于半導(dǎo)體材料中的寬禁帶半導(dǎo)體材料，如GaN、ZnO、SiC等材料而言，由于禁帶寬度寬，則電子隧穿幾率很低，量子效率大大降低。若一味地通過(guò)增加隧道結(jié)兩端的電壓來(lái)提高隧穿幾率，則會(huì)造成載流子的嚴(yán)重泄漏或隧道結(jié)反向擊穿，最終毀壞器件。因此，在制備多層多有源區(qū)寬禁帶材料的光電子器件時(shí)，無(wú)法利用直接隧道結(jié)將多個(gè)發(fā)光工作單元在電學(xué)上連接起來(lái)而獲得高效的光電子器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述無(wú)法利用直接隧道結(jié)連接多層寬禁帶光電子器件多個(gè)發(fā)光單元的問(wèn)題，本發(fā)明提出，在隧道結(jié)的P+區(qū)和N+區(qū)之間引入一薄層摻雜缺陷區(qū)，形成間接隧道結(jié)構(gòu)，使得隧穿效應(yīng)發(fā)生時(shí)落入P型限制層價(jià)帶的電子首先隧穿到該薄層摻雜缺陷區(qū)的雜質(zhì)缺陷能級(jí)上，再?gòu)脑撃芗?jí)隧穿到N型限制層的導(dǎo)帶（如圖2），將器件的直接隧穿結(jié)構(gòu)變?yōu)殚g接隧穿結(jié)構(gòu)，電子的直接隧穿變成間接隧穿，從而呈數(shù)量級(jí)地提高了電子隧穿的幾率，得到高效多有源區(qū)高效率光電子器件。高效多有源區(qū)高效率光電子器件，其外延結(jié)構(gòu)包括從下往上依次縱向?qū)盈B的襯底500，緩沖層400，N+重?fù)浇佑|層300，發(fā)光區(qū)200，P+重?fù)浇佑|層100。所述發(fā)光區(qū)200，由任意多個(gè)重復(fù)區(qū)230依次層疊組成所述重復(fù)區(qū)230由從下往上依次縱向?qū)盈B的發(fā)光單元210和間接隧穿結(jié)構(gòu)220組成，其中與P+重?fù)浇佑|層100和N+重?fù)浇佑|層300接觸的為發(fā)光單元210。所述發(fā)光單元210由N型空穴限制層213，有源區(qū)212，P型電子限制層211依次層疊組成。所述的發(fā)光單元210為包括GaN、AlGaN、InGaN、SiC、ZnS、ZnO在內(nèi)的寬禁帶材料光電子器件發(fā)光單元，或?yàn)榘℅aAs、InGaAs、AlGaAs在內(nèi)的中等禁帶材料光電子器件的發(fā)光單元。所述的有源區(qū)212為雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)。所述的多有源區(qū)高效率光電子器件，多個(gè)有源區(qū)212為相同材料或不同材料，發(fā)出相同波長(zhǎng)或不同波長(zhǎng)的的光。所述的間接隧穿結(jié)構(gòu)220由隧道結(jié)N+區(qū)223、薄層摻雜缺陷區(qū)222、隧道結(jié)P+區(qū)221由下向上依次層疊組成。薄層摻雜缺陷區(qū)222為在材料生長(zhǎng)過(guò)程中引入雜質(zhì)或缺陷，使得該薄層材料中的雜質(zhì)缺陷能級(jí)處于半導(dǎo)體材料的禁帶中間或其附近。所述的間接隧穿結(jié)構(gòu)220為同質(zhì)結(jié)或?yàn)楫愘|(zhì)結(jié)。所述的多有源區(qū)高效率光電子器件為發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器或多層結(jié)構(gòu)帶間探測(cè)器或超輻射發(fā)光二極管。采用上述發(fā)明后，具有以下效果：1.一個(gè)電子產(chǎn)生多個(gè)光子，發(fā)光效率高。本發(fā)明中，在兩個(gè)發(fā)光單元之間引入間接隧穿結(jié)構(gòu)，并在其上加上一定的反向電壓，這樣，在前級(jí)發(fā)光單元中復(fù)合到價(jià)帶的電子能通過(guò)隧道再生回到導(dǎo)帶并在后級(jí)發(fā)光單元中再次復(fù)合發(fā)光，因此，從器件兩側(cè)電極注入一對(duì)電子孔穴對(duì)可在多個(gè)發(fā)光區(qū)中產(chǎn)生多個(gè)光子，發(fā)光效率大大提高。2.隧穿幾率大。電子的隧穿幾率與材料的禁帶寬度有關(guān)，隨禁帶寬度的增加呈指數(shù)倍減小，通過(guò)引入間接隧穿結(jié)構(gòu)，電子的間接隧穿幾率比直接隧穿幾率高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，大大提高整體器件的量子效率。3.成本低，產(chǎn)量高，可靠性高。采用間接隧穿結(jié)構(gòu)，利用一次外延的技術(shù)制備新型多有源區(qū)高效光電子器件，只在外延生長(zhǎng)時(shí)重復(fù)生長(zhǎng)間接隧穿結(jié)構(gòu)和發(fā)光單元，且每個(gè)單元結(jié)構(gòu)厚度很薄，約為1～2μ，若采用3個(gè)發(fā)光單元，則只需外延生長(zhǎng)時(shí)厚度增加2～4μ左右，無(wú)需布線，工藝簡(jiǎn)單，且制備出的器件與3個(gè)普通器件串聯(lián)后的整體器件性能想當(dāng)，而成本只有其1/3左右，產(chǎn)量大大提高，成本大大降低，可靠性高。附圖說(shuō)明圖1直接隧穿能帶示意圖圖2間接隧穿能帶示意圖圖3多有源區(qū)高效率光電子器件外延結(jié)構(gòu)示意圖圖4多有源區(qū)高效率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)示意圖圖5多有源區(qū)高效率GaN基LED器件結(jié)構(gòu)示意圖圖中：000為P電極，100為P+重?fù)浇佑|層，200為發(fā)光區(qū)，230為重復(fù)區(qū)，210為發(fā)光單元，211為P型電子限制層，212為有源區(qū)，213為N型空穴限制層，220為間接隧穿結(jié)構(gòu)，221為隧道結(jié)P+區(qū)，222為薄層摻雜缺陷區(qū)，223為隧道結(jié)N+區(qū)，300為N+重?fù)浇佑|層，400為緩沖層，500為襯底，600為N電極。具體實(shí)施例實(shí)施例1：以多有源區(qū)GaN基LED為例，其外延結(jié)構(gòu)如圖3和4所示，所述器件的外延結(jié)構(gòu)為包括從下往上依次縱向?qū)盈B的襯底500，緩沖層400，N+重?fù)浇佑|層300，發(fā)光區(qū)200，P+重?fù)浇佑|層100。所述發(fā)光區(qū)200，由任意多個(gè)重復(fù)區(qū)230依次層疊組成所述重復(fù)區(qū)230由從下往上依次縱向?qū)盈B的發(fā)光單元210和間接隧穿結(jié)構(gòu)220組成，其中與P+重?fù)浇佑|層100和N+重?fù)浇佑|層300接觸的為發(fā)光單元210。所述發(fā)光單元210由N型空穴限制層213，有源區(qū)212，P型電子限制層211依次層疊組成。所述的發(fā)光單元210為包括GaN、AlGaN、InGaN、SiC、ZnS、ZnO在內(nèi)的寬禁帶材料光電子器件發(fā)光單元，或?yàn)榘℅aAs、InGaAs、AlGaAs在內(nèi)中等禁帶材料光電子器件的發(fā)光單元。所述的間接隧穿結(jié)構(gòu)220由隧道結(jié)N+區(qū)223、薄層摻雜缺陷區(qū)222、隧道結(jié)P+區(qū)221由下向上依次層疊組成。薄層摻雜缺陷區(qū)222為在材料生長(zhǎng)過(guò)程中引入雜質(zhì)或缺陷，使得該薄層材料中的雜質(zhì)缺陷能級(jí)處于半導(dǎo)體材料的禁帶中間或其附近。所述的間接隧穿結(jié)構(gòu)220為同質(zhì)結(jié)或?yàn)楫愘|(zhì)結(jié)。所述的多有源區(qū)高效率光電子器件為發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器或多層結(jié)構(gòu)帶間探測(cè)器或超輻射發(fā)光二極管。實(shí)際應(yīng)用中，重復(fù)區(qū)230的數(shù)目可根據(jù)需要來(lái)設(shè)置，原則上可設(shè)置為任意多個(gè)，且各層厚度和摻雜濃度也可根據(jù)試劑需要調(diào)整。器件結(jié)構(gòu)如圖5所示。器件制備方法如下：1.用普通MOCVD的方法，在藍(lán)寶石的襯底500上依次生長(zhǎng)緩沖層400，N+重?fù)浇佑|層300，N型空穴限制層213，有源區(qū)212，P型電子限制層211，隧道結(jié)N+區(qū)223，薄層摻雜缺陷區(qū)222，隧道結(jié)P+區(qū)221，N型空穴限制層213，有源區(qū)212，P型電子限制層211，重復(fù)區(qū)230，P+重?fù)浇佑|層100。2.利用掩膜保護(hù)，光刻N(yùn)電極臺(tái)面圖形。3.利用感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕（ICP），刻蝕出N電極臺(tái)面。4.在P電極臺(tái)面和N電極臺(tái)面上分別制備出制備P電極000和N電極600。5.磨片，解理，將芯片壓焊到管座上，即可進(jìn)行測(cè)試分析。以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡其它未脫離權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)所進(jìn)行的各種改型和修改，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)的范圍內(nèi)。