ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ПРИБОР Российский патент 2012 года по МПК H01L33/16 

Изобретение относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов и может использоваться для производства светодиодов.

Известна конструкция полупроводникового светоизлучающего прибора [US 20040113163], включающая подложку со сформированным на ее поверхности текстурированным слоем, имеющим шероховатую поверхность, а также выращенные методом эпитаксии слои из нитридного материала, образующие полупроводниковую гетероструктуру с p-n-переходом. Благодаря наличию указанного текстурированного слоя, микровыступы и микровпадины которого образуют центры рассеяния светового излучения, снижается влияние на выход света эффекта полного внутреннего отражения света, возникающего на границе «подложка - примыкающий к подложке слой материала», в случае, когда показатель преломления материала указанного слоя превышает показатель преломления материала подложки. В результате увеличивается доля выводимого через подложку светового излучения и, тем самым, повышается внешняя оптическая эффективность прибора.

Недостатком данной конструкции является то, что по отношению к основному технологическому процессу эпитаксиального выращивания полупроводниковых слоев требуются дополнительные технологические операции, включающие, например, операции травления материала слоя, в том числе с предварительным нанесением фотомаски, и, в результате, усложняющие технологию изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора. Эта конструкция имеет низкую светоотдачу, обусловленную низкой энергией возбуждения люминофора, для преобразования в белый свет.

Так же известен полупроводниковый светоизлучающий прибор [TW 591808] (ближайший аналог). Рассматриваемый прибор включает сапфировую подложку, а также выполненные из нитридного материала и выращенные методом эпитаксии последовательно расположенные буферный слой и слои, образующие полупроводниковую гетероструктуру с p-n-переходом. Кроме этого, рассматриваемый прибор содержит расположенный между буферным слоем и подложкой промежуточный слой, который по одному из вариантов выполнения прибора имеет поры, сформированные путем травления материала слоя. Поры в рассматриваемом промежуточном слое сформированы с целью снижения механических напряжений в материале полупроводниковой гетероструктуры, обусловленных рассогласованием кристаллической решетки материала подложки и материала полупроводниковых слоев. Однако, помимо указанной функции, поры промежуточного слоя выполняют также функцию центров рассеяния светового излучения, благодаря наличию которых снижается влияние эффекта полного внутреннего отражения света на границе «подложка - примыкающий к подложке слой материала» на выход света, и, соответственно, увеличивается доля выводимого светового излучения.

Недостатком указанного изобретения является сложность конструкции прибора и технологии его изготовления, низкая светоотдача, обусловленная низкой энергией возбуждения люминофора, для преобразования синего света в белый.

Цель предлагаемого изобретения состоит в изготовлении полупроводникового светоизлучающего прибора, излучающего свет в ультрафиолетовом диапазоне спектра излучения, с последующим преобразованием его в видимый свет с помощью люминофора.

Поставленная цель достигается за счет использования слоя с p-n-переходом из пористой пленки диоксида кремния (SiO₂ ^м), полученной методом магнетронного распыления составной мишени «кремний-графит» (Si-C). Рекомбинация электронов и дырок в данном слое сопровождается излучением квантов света с энергией >4 эВ.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1). На чертеже изображен общий вид заявленного устройства.

Устройство содержит подложку 1, на которой последовательно расположены: нижний электрод 2; слои, образующие гетероструктуру с p-n-переходом, включающие, в частности, слой 3 n-типа проводимости, выполненный из диоксида кремния (n-SiO₂); слой активной области 4 с p-n-переходом, выполненный из пористого диоксида кремния (SiO₂ ^м); слой 5 p-типа проводимости, выполненный из диоксида кремния (p-SiO₂); верхний, оптически прозрачный электрод 6, выполненный из проводящего оксида In₂O₃; слой люминофора 7.

Устройство работает следующим образом. При пропускании тока в прямом направлении через заявляемое устройство в активной области 4 происходит рекомбинация электронов и дырок, инжектируемых соответственно из слоя 3 n-типа проводимости и слоя 5 p-типа проводимости, которая сопровождается излучением квантов света.

Пример конкретной реализации устройства

На подложку 1 методом термического испарения в вакууме наносится нижний алюминиевый (Al) электрод 2. Далее, методом магнетронного распыления на электрод наносится тонкая пленка диоксида кремния 3 n-типа проводимости (n-SiO₂), толщиной 25 нм, на ней формируется слой активной области 4 с p-n-переходом, выполненный из пористого диоксида кремния (SiO₂ ^м) методом магнетронного распыления составной мишени кремний-графит (Si-C) толщиной 10-20 нм, затем наносится слой диоксида кремния 5 p-типа проводимости (p-SiO₂), толщиной 25 нм. На слое 5 формируется оптически прозрачный электрод 6, методом магнетронного распыления индия (In) в атмосфере кислорода, на который затем наносится слой люминофора 7.

Изобретение относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов, более конкретно к полупроводниковым светодиодам. Полупроводниковый светоизлучающий прибор, выполненный на основе диоксида кремния, включает подложку, нижний и верхний электроды, а также сформированные в процессе магнетронного распыления слои, образующие полупроводниковую гетероструктуру с р-n-переходом. Слой активной области с р-n-переходом выполнен из пористого диоксида кремния (SiO₂ ^M). Ширина запрещенной зоны слоя активной области с р-n-переходом >4 эВ. Изобретение обеспечивает возможность достигнуть излучения света в ультрафиолетовом диапазоне спектра излучения, обеспечивает высокую яркость, упрощение конструкции и технологии изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора. 1 пр., 1 ил.

Полупроводниковый светоизлучающий прибор, выполненный на основе диоксида кремния, включающий подложку, нижний и верхний электроды, а также сформированные в процессе магнетронного распыления слои, образующие гетероструктуру с р-n-переходом, отличающийся тем, что слой активной области с р-n-переходом выполнен из пористого диоксида кремния (SiO₂ ^М) с шириной запрещенной зоны >4 эВ.