СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ Российский патент 2015 года по МПК C30B33/04 C30B33/02 H01L21/263 C30B29/40 

Описание патента на изобретение RU2540623C1

Изобретение относится к области полупроводниковой оптоэлектроники и может быть использовано для создания высококачественных полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД) и гетероструктур соединений A3B5.

Известно, что инжекционные свойства гетероперехода зависят от совершенства границы раздела контактирующих полупроводниковых материалов, обычно содержащей плотность дислокаций Nд<109-1010 см2, большое количество дефектов упаковки Nду>104 см2 и инверсионных доменов. Степень совершенства гетерограниц принято характеризовать скоростью поверхностной рекомбинации [1. Мартынов В.Н., Кольцов Г.И. «Полупроводниковая оптоэлектроника» - М.: Изд-во МИСИС, 1999, стр.84], величина которой определяется соответствием параметров решетки, упругими и термическими коэффициентами контактирующих материалов.

Известны различные способы улучшения внешней квантовой эффективности СИД, в частности нанесением пористого оксида на поверхность гетероструктур [2. Способ изготовления светодиода, патент РФ №2485630 от 04.08.2011], формированием микровыпуклостей, бороздок, микрорельефа на поверхности излучающего слоя [3. Полупроводниковый светоизлучающий прибор и способ его изготовления, патент РФ №2436195 от 26.12.2008; 4. Полупроводниковый элемент, способ изготовления полупроводникового изделия и матрица светоизлучающих диодов, полученная с использованием этого способа изготовления, патент РФ №2416135 от 25.10.2007; 5. Светоизлучающий диод, патент РФ №2231171 от 30.04.2003], а также путем обработки полупроводниковых и диэлектрических структур, в частности облучением потоками электронов, в условиях приложенного электрического поля [6. Способ обработки алмазов, патент РФ №2293148 от 17.07.2002], в электрическом поле при высокой температуре [7. Способ формирования примесных профилей в полупроводниковых материалах, патент РФ №2197571 от 13.09.2000].

Такие способы не обеспечивают получение наилучшего качества границ раздела гетероструктур в светодиодах и соответственно высокую внешнюю квантовую эффективность излучения, поскольку способы [2. Способ изготовления светодиода, патент РФ №2485630 от 04.08.2011; 3. Полупроводниковый светоизлучающий прибор и способ его изготовления, патент РФ №2436195 от 26.12.2008; 4. Полупроводниковый элемент, способ изготовления полупроводникового изделия и матрица светоизлучающих диодов, полученная с использованием этого способа изготовления, патент РФ №2416135 от 25.10.2007; 5. Светоизлучающий диод, патент РФ №2231171 от 30.04.2003; 6. Способ обработки алмазов, патент РФ №2293148 от 17.07.2002] мало влияют на границу раздела между полупроводниковыми слоями светодиода.

Данный недостаток частично устраняется в способе обработки пластин, представленном в патенте, взятом за прототип, в котором [7. Способ формирования примесных профилей в полупроводниковых материалах, патент РФ №2197571 от 13.09.2000] используются электрическое поле величиной E=10-100 В/см и высокая температура T=600-850°C, во время облучения полупроводниковых приборов потоком электронов Ф=1014-1016 эл./см2 с энергией Еэл=0,3-10 МэВ, что позволяет эффективно управлять распределением примеси в полупроводнике. Однако такой способ также не обеспечивает минимальное значение плотности поверхностных состояний Ncc<1011 см-1, плотность дислокаций Nд<109-1010 см2 и дефектов упаковки Nду<104 см2.

Техническим результатом данного изобретения является повышение инжекционной способности и внешней квантовой эффективности гетероструктур светодиодов.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе формирования высококачественных гетероструктур светодиодов облучение пластин с гетероструктурами светодиодов производится потоком электронов Ф=1014-1017 эл./см2 при низкой температуре, не превышающей минус 70°С, затем проводят быстрый термический отжиг потоком фотонов видимого спектра мощностью свыше 1 Вт/см2 с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны наиболее узкозонного полупроводникового слоя гетероперехода.

Следует отметить, что положительный эффект, но много меньшей величины (на порядок), наблюдается при «обычном» термическом отжиге в диффузионной печи при температуре 450-650°С.

Предлагаемый способ реализуется, например, следующим образом (чертеж 1). Алюминиевую коробку - 1 с тонкими стенками (0,3 мм), содержащую кварцевую лодочку - 2 с пластинами - 3 (не более пяти-шести штук) с гетероструктурами Ga0,67Аl0,33As, охлаждают азотом, поступающим из сосуда Дьюара до температуры ниже минус 70°С, помещают в поток электронного излучения мощностью 1014 эл./cм2ceк с энергией электронов 0,3-10 МэВ и облучают в течение двух часов. Затем пластины освещаются галогеновым вольфрамовым источником, обеспечивающим широкий спектр видимого и инфракрасного диапазона с интенсивностью излучения 1-10 Вт/см2. Процесс формирования структуры составляет 1-2 минуты.

Физическая суть процесса заключается в образовании электронным излучением с энергией, превышающей некое пороговое значение, обычно более 150 кэВ, в полупроводниковом материале точечных дефектов типа вакансия - междоузлие. При этом облучение проводят при возможно более низкой температуре (менее минус 70°С) для того, чтобы данные дефекты не перемещались и не рекомбинировали. При последующем быстром и интенсивном нагреве (более 600°С) происходит перестройка границы раздела между полупроводниками за счет радиационно-стимулированной диффузии атомов по точечным дефектам в наиболее низкое (выгодное) энергетическое состояние.

Проведенные экспериментальные исследования методом РСГУ и CV - характеристик показали, что плотность поверхностных состояний в гетероструктурах типа Ga0,67Al0,33As снижается до уровня Ncc<10-9-10-10 см-1, плотность дислокации Nд<108-109 см2 и дефектов упаковки Nду<102 см2, что приводит к повышению внешней квантовой эффективности и коэффициента инжекции на 20-30%.

Похожие патенты RU2540623C1

название год авторы номер документа
ИЗЛУЧАЮЩАЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРА С ВНУТРЕННИМ УСИЛЕНИЕМ ИНЖЕКЦИИ 2012
  • Бекирев Увеналий Афанасьевич
  • Потапов Борис Геннадьевич
RU2576345C2
СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД 1986
  • Зотова Н.В.
  • Карандашев С.А.
  • Матвеев Б.А.
  • Рогачев А.А.
  • Стусь Н.М.
  • Талалакин Г.Н.
SU1428141A1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИКРОНЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ InGaN/GaN 2015
  • Олешко Владимир Иванович
  • Горина Светлана Геннадьевна
RU2606200C1
ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРА 2007
  • Одноблюдов Максим
  • Бугров Владислав
RU2431218C2
ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРА 2005
  • Одноблюдов Максим
  • Бугров Владислав
RU2376680C2
СПОСОБ ИМИТАЦИОННОГО ТЕСТИРОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ПРИБОРНОЙ СТРУКТУРЫ К ОБЛУЧЕНИЮ БЫСТРЫМИ НЕЙТРОНАМИ (ВАРИАНТЫ) 2016
  • Тетельбаум Давид Исаакович
  • Гусейнов Давуд Вадимович
  • Михайлов Алексей Николаевич
  • Белов Алексей Иванович
  • Королев Дмитрий Сергеевич
  • Оболенский Сергей Владимирович
  • Качемцев Александр Николаевич
  • Данилов Юрий Александрович
  • Вихрова Ольга Викторовна
  • Шарапов Александр Николаевич
RU2638107C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВНУТРЕННЕГО КВАНТОВОГО ВЫХОДА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СВЕТОДИОДНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ GaN 2012
  • Прудаев Илья Анатольевич
  • Олешко Владимир Иванович
  • Корепанов Владимир Иванович
  • Лисицын Виктор Михайлович
  • Толбанов Олег Петрович
  • Ивонин Иван Варфоломеевич
RU2503024C2
СПОСОБ ОБРАБОТКИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ НИТРИДОВ III-ГРУППЫ 2006
  • Колин Николай Георгиевич
  • Меркурисов Денис Игоревич
  • Бойко Владимир Михайлович
RU2354000C2
ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ С УПРАВЛЯЕМЫМ СПЕКТРОМ 2017
  • Жуков Николай Дмитриевич
  • Хазанов Александр Анатольевич
  • Шишкин Михаил Игоревич
RU2661441C1
ФОТОЛЮМИНОФОР ЖЕЛТО-ОРАНЖЕВОГО СВЕЧЕНИЯ И СВЕТОДИОД НА ЕГО ОСНОВЕ 2010
  • Мельников Геннадий Николаевич
  • Черных Сергей Петрович
  • Сощин Наум Пинхасович
  • Федорова Галина Владимировна
  • Алиев Евгений Тофикович
RU2455335C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 540 623 C1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ

Изобретение относится к области полупроводниковой оптоэлектроники и может быть использовано для создания высококачественных полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД) на основе гетероструктур соединений A3B5. Способ включает операцию облучения пластин с гетероструктурами интегральным потоком электронов величиной 1014-1017 эл/см2 с энергией 0,3-10 МэВ при температуре, не превышающей минус 70°C, затем проводят быстрый термический отжиг при температуре более 600°С потоком фотонов видимого спектра интенсивностью излучения 1-10 Вт/см с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны наиболее узкозонного полупроводникового слоя гетероперехода. Технический результат заключается в повышении инжекционной способности и внешней квантовой эффективности гетероструктур светодиодов. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 540 623 C1

Способ формирования высококачественных гетероструктур светоизлучающих диодов, содержащий операцию облучения пластин с гетероструктурами интегральным потоком электронов величиной Ф=1014-1017 эл/см2 с энергией Еэл= 0,3-10 МэВ, отличающийся тем, что облучение пластин с гетероструктурами проводят при низкой температуре, не превышающей минус 70°C, затем проводят быстрый термический отжиг при температуре более 600°С потоком фотонов видимого спектра интенсивностью излучения 1-10 Вт/см с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны наиболее узкозонного полупроводникового слоя гетероперехода.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2540623C1

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИМЕСНЫХ ПРОФИЛЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ 2000
  • Такеши Саито
  • Мурашев В.Н.
RU2197571C2
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛАВИННЫХ ДИОДОВ 1994
  • Коршунов Федор Павлович[By]
  • Марченко Игорь Георгиевич[By]
  • Жданович Николай Евгеньевич[By]
  • Ластовский Станислав Брониславович[By]
RU2100872C1
Способ дезодорации кислот, получаемых окислением нефтяных или им подобных углеводородных масел 1928
  • Петров Г.С.
SU15720A1

RU 2 540 623 C1

Авторы

Мурашев Виктор Николаевич

Леготин Сергей Александрович

Рыжиков Игорь Вениаминович

Зайцев Сергей Николаевич

Абдуллаев Олег Рауфович

Даты

2015-02-10Публикация

2013-09-26Подача