ДИОД Советский патент 1974 года по МПК H01L29/20 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. Известные диоды с накоплением заряда изготавливают из полупроводника, легироваппого мелкими донорами и акцепторами (I. Z. Moll, S. Krakauer, Proc. I RE 50, № 1, 87-96, 1962. Плоскостные диоды с накоплением заряда). В таком материале заряд Q накапливается в виде заряда неосновных носителей. Величина заряда определяется зарядным током /3 и статическим временем жизни носителей T:Q /3T. Длительность рассасывания заряда tp пропорциональна времени жизни носителей: р , In -А± , где /р - ток разряда. В случае рекомбинации носителей через примесный уровень заряд накапливается и на рекомбинационном уровне, но накопление его не увеличивает длительность разряда. Однако в известных диодах нельзя достигнуть больших величин наконленного заряда при фиксированном токе заряда, поскольку время жизни неосновных носителей составляет 1-5 нсек. Следовательно невозможно увеличить и длительность разряда без увеличения времени жизни носителей. Цель изобретения - разработка полупроводникового материала из фосфида галлия и твердых растворов фосфид галлия+соедипение для изготовления диодов с накоплепием заряда, в котором можно было бы накапливать большой заряд и получать независимо от времени жизни неосновных носителей большие длительности разряда при сохранении фиксированного отношения тока заряда к току разряда. Для этого в состав полупроводникового материала наряду с мелкими донорами и акцепторами вводят примесь азота из нитрида галлия до концентрации атомов азота в монокристалле 10-10 , создаюшую ловушку для неосновных носителей. В предлагаемом полупроводниковом материале накапливается дополнительный заряд на ловушках, величина которого определяется концентрацией ловушек, а время его рассасывания - временем выброса носителей заряда из ловушки в зону свободных неосновных носителей. Это позволяет выбором уровня легирования управлять величппой пакопленного заряда и временем его рассасывания при фиксированном времени жизни неосновных носителей и фиксированных токах заряда и разряда. Пример. В качестве исходного материала был взят фосфид галлия. Легирование фосфида галлия азотом производилось из

раствора-расплава нитрида галлия в галлии при эпитаксиальном выращивании п- и / -областей диода. В зависимости от содержания нитрида галлия в галлии были получены различные длительности разряда. Сравнение проводилось при плотности тока заряда 100 и плотности тока разряда 2 а-см-. Площадь р-п-перехода составляла см. Концентрация атомов азота в кристалле оценивалась по форме спектров излучения диодов. Концентрация атомов азота в монокристалле при изменении процентного содержания нитрида галлия в шихте галлия от 0,05% до 0,5%, когда нитрид галлия полностью растворяется в галлии, изменяется в интервале см. Когда азот отсутствовал в растворе-расплаве, длительность /i разряда не превышала 0,1 мксек.

При 0,05% GaN 0,45 мксек;

при 0,1% GaN /1 0,75 мксек;

при 0,5% GaN ,80 мксек.

При более высоко.м процентном содержании нитрида галлия в шихте нитрид галлия не полностью растворяется в галлии. Напряжекие в процессе разряда плавно спадало от 1,6-1,7 в до 1,4-1,5 в, а затем резко падало до нуля. Легирование фосфида галлия азотом

из нитрида галлия позволило увеличить величину накапливаемого заряда на два порядка и длительность разряда более чем на порядок.

В твердых растворах фосфид галлия - арсенид галлия и фосфид галлия - фосфид алюминия, легированных нитридом галлия, напряжение разряда отличается от напряжения разряда в фосфиде галлия из-за того, что в этих твердых растворах другая -ширина запретной зоны. При содержании мышьяка в твердом растворе фосфид галлия - арсенид галлия до 70% (пока полупроводник является непрямым) были получены те же са.мые длительности разряда при том же самом процентном содержании нитрида галлия в шихте и при том же отношении тока заряда к току разряда.

Предмет изобретения

Диод с накоплением заряда на основе твердых растворов фосфида галлия с соединениями , отличающийся тем, что, с целью увеличения длительности разряда при сохранении фиксированного отношения тока заряда к току разряда, материал диода легирован азотом до концентрации