Диодный источник света на карбтде кремния Советский патент 1976 года по МПК H01L33/00 H05B33/18 

1

Изобретение относится к источникам света, а именно к источникам света на карбиде кремния.

Известен диодный источник света с желтым излучением на карбиде кремния с концентрацией нескомпенсированных доноров 0,8- 5-10 см и структурой р-п-перехода, состоящей из сильнолегированного, низкоомного /о-слоя толщиной 0,1-2 мкм, низкоомного базового п-слоя и высокоомного активированного слоя толщиной 0,1 -1,5 мкм, расположенного между ними.

Недостатком таких источников света является небольщая однородность параметров в различных образцах, особенно в многоэлементных приборах, и вследствие этого небольщой выход годных приборов, а также высокая стоимость изготовления из-за использования дорогостоящего исходного материала - полупроводникового карбида кремния.

Целью изобретения является увеличение однородности по основным параметрам, увеличение выхода годных приборов и обеспечение возможности использования карбида кремния в более широком диапазоне концентраций основных и побочных примесей, в частности абразивного карбида кремния.

Поставленная цель достигается тем, что на базовый монокристалл карбида кремния п-типа наносится эпитаксиальная пленка карбида кремния того же типа проводимости, на поверхности которой расположен диффузионный р-п-переход. Базовый монокристалл карбида кремния д-типа имеет концентрацию нескомпенсированных атомов доноров 5-10- ом и концентрацию атомов побочных примесей до 2-10 см- а эпитаксиальная пленка имеет концентрацию нескомпенсированных атомов доноров (азота и кислорода) 0,8-3,0-10 , концентрацию атомов побочных примесей 0,4-1,5-10 см- и толщину 5-100 мкм.

Пример 1. Диодные источники света на карбиде кремния с желтым цветом излучения выполнены на базовых монокристаллах карбида кремния толщиной 300+20 мкм с концентрацией нескомпенсированных атомов доноров азота (1,5-4) -10 см и концентрацией компенсирующих атомов побочных примесей (3-8) 10 . На эти кристаллы нанесены монокристаллические эпитаксиальные пленки п-типа с концентрацией нескомпенсированных атомов доноров (азота и кислорода) 1,1-2, см, концентрацией атомов

побочных примесей 0,4-1,5-10 см и толщиной 30-50 мкм, поверхностный слой которых уО-типа проводимости толщиной 0,1-0,5 мкм диффузионно легирован алюминием до концентрации к нему прилегает

компенсированный слой га-типа проводимости

толщиной 0,3-1 мкм с удельным сопротивлением ом/см, легированный бором. На диффузионную р-область, имеющую два указанных слоя, нанесен омический контакт алюминия с добавкой 2% титана толщиной 1,5 мкм. Омический контакт исходного базового кристалла сформирован двухслойным покрытием титана и никеля толщиной соответственно 0,05 и 0,2 мкм.

После образования диффузионной р-области 95% кристаллов обнаруживали однородную и яркую фотолюминесценцию не менее, чем в 1,5-3 раза, превышающую яркость фотолюминесценции, получаемой обычно на стандартных кристаллах, причем у последних процент годных по фотолюминесценции пластин в среднем составляет 50-65%.

После резки диффузионных кристаллов с контактами на квадраты 1,5X1,5 мм 86% приборов имели однородную электролюминесценцию, яркость которой составляла 80-

200 -- при плотности тока 0,5 а/см (ток

м

10 ма). На стандартных кристаллах процент выхода годных по электролюминесценции приборов составляет в среднем 55-70%, а разброс приборов по яркости излучения не менее чем в 1,5-3 раза выше по сравнению с новыми приборами.

Значительный эффект наблюдается у карбидокремниевых светодиодов на энитаксиальпых пленках по величине прямого падения напряжения. При комнатной температуре и при токе в 10 ма оно составляет минимально возможную для карбида кремния величину 2,25-2,5 в (весьма близкую к контактной разности потенциалов), причем у основной части приборов (85%) оно равно 2,25-2,35 в. Таким образом, у преобладающего большинства приборов разброс значений прямого падения напряжения не превышает 5% (в отношении к его минимальному значению), что но крайней мере в 10-15 раз ниже по сравнению с приборами на кристаллах ПМХЗ и ОХМЗ. Значения прямого падения напряжения при этом очень незначительно уменьшаются (до 2,2-2,35 в - на 2-10%) и увеличиваются (до 2,4-2,8 в - на 5-20%) соответственно при повышении температуры до +70°С и ее снижении до -60°С, т. е. относительное изменение прямого падения напряжения в указанном диапазоне также в 1,5-2 раза ниже, чем у стандартных приборов на указанных кристаллах. Себестоимость изготовления приборов - 3 руб. по сравнению с 10 руб. для приборов на стандартных базовых монокристаллических карбидах кремния.

Пример 2. Диодные источники света на карбиде кремния с желтым цветом излучения выполнены на исходных кристаллах карбида кремния с концентрацией нескомпенсированных атомов доноров азота (3-5)-10 см- с концентрацией нобочных примесей (5-8,5) 10 см и толщиной 350 мкм. На этих кристаллах расположены монокристаллические

эпитаксиальные пленки электронного типа проводимости толщиной 40-70 мкм с концентрацией нескомненсированных атомов доноров (азота и кислорода) (0,8-1,6) -10 см 5 и концентрацией побочных примесей (0,8-1,2)-10 см, поверхностный слой которых р-типа проводимости толщиной 0,15- 0,4 мкм диффузионно легирован алюминием до концентрации к нему прилегает компенсированный слой п-типа проводимости толщиной 0,4-1,5 мкм с удельным сопротивлением ом/см, легированный бором. В качестве исходных кристаллов служат

5 технические монокристаллы абразивного карбида кремния, непригодные для изготовления кондиционных источников света без эпитаксиальной пленки. На диффузионной р-области расположен омический контакт алюминия с

0 добавкой титана (,5%) толщиной 1 мкм. Омический контакт базового кристалла образован двуслойным покрытием титана и никеля толщиной соответственно 0,5 и 0,3 мкм, а эпитаксиальной пленки - двуслойным покрытием Al+Ti (,5%) толщиной 1 мкм и никеля толщиной 0,3 мкм. Яркость излучения диодных источников света составляла

100-220 - при плотности тока 0,5 а/см м

0 (ток 10 ма). Процент выхода годных по фотолюминесценции кристаллов составляет 95%, а процент выхода годных по электролюминесценции источников света 90%. Разброс приборов по яркости излучения не

5 менее чем в 3 раза ниже, чем у стандартных приборов. Стоимость изготовления предложенного одноэлементного источника света 2,5 руб. Стоимость изготовления многоэлементных источников света на тех же базовых кристаллах

30 руб., т. е. в несколько раз ниже, чем при изготовлении стандартных приборов КЛ105 на обычном материале карбида кремния.

Формула изобретения

Диодный источник света на карбиде кремния я-типа, содержащий диффузионный р-ппереход, структура которого состоит из «изкоомного, легированного алюминием и бором

р-слоя толщиной 0,1-2 мкм, низкоомного, легированного азотом и кислородом базового п-слоя и высокоомного, активированного бором слоя толщиной 0,1-1,5 мкм, расположенного между ними, отличающийся тем,

что, с целью повыщения однородности источников света по основным параметрам и обеспечения возможности использования карбида кремния в более широком диапазоне концентраций основных и побочных примесей, на базовый монокристалл карбида кремния я-типа нанесена эпитаксиальная пленка карбида кремния того же типа проводимости, на поверхности которой расположен указанный р-«-переход, причем базовый монокристалл

карбида кремния п-типа имеет концентрацию нескомпенсированных атомов доноров 5-10 - 5-10 см-з и концентрацию атомов побочных нримесей до 2-10® см- а эпитаксиальная пленка имеет концентрацию нескомненсированных атомов доноров (азота и кислорода) 0,8-3,0-10 см-, концентрацию атомов побочных примесей 0,4-1,5-10 см- и толщину 5-100 мкм.