Способ получения светодиодов на арсениде галлия Советский патент 1979 года по МПК H01L21/18 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕТОДИОДОВ НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ

Изобретение относится к-попупровод никовой технологии, в частности к способам изготовления высокоэффективных светодиодов инфракрасного диапазона, и может быть использовано в электронной технике rtpk изготовлении приборов оптоэлектроники. Известен способ изготовления fciCTpoДёйсчвующих ИК светодиодов на основе GaA« (время включения 50 не),основанный на легировании р-областей p-ff-ttep&хода примесями теллура и цинка 1. При этом внешний квантовый выход излучения таких диодов составляет менее 0,5%. Известен способ получения светодиодов на арсениде галлия, включающий выращивание светодиодной структуры с ак гивной р-областью и дополнительной ри-об Настью из раствора-расплава GaA$ с амфотерной примесью при принудительном охлаждении 2. Известный способ основан на жидкост ной «шитаксии, например, арсенида галлия из раствора-ркасплава GaA с амфотерной примесью при его принудительном охлаждении. При температуре выше точки инверсии образуется эпитаксиальный слой )||-ти11а щгже . i. Инфракрасное излучение с энергией 1,3 эВ образуется и в р-областа перехода при рекомбинации инжектированных электронов и через п. область (прозрачную для этого излучения) выводится нарэужу с высокой квантовой эффективностью 2-4% п{и ЗОО К. Недостатком известного способа изгоговления светодиодов является их значительная инерционность. Время релаксации таких светодиодов обычно превышает несколы о микросекунд. Для многочисленных применений Нгребуются более быстродействующие светодиоды. Целью изобретения является улучшение электрофизических параметров светооиодов. Цель достигается тем, что по предлагаемому способу активную р-область вырашивгиот толщиной 1,5-5 мкм, затем в расплав добавляют 3-10 вес. % алюмини и выдерживают 1О-30 мин при 90О950 С, после чего в качестве дополнительной р-обпасти наращивают слой твердого раствора AJ Ag с х 0,3-0,4.i На фиг. 1 и 2 представлена схема по лучаемой структуры. При добавлении 3-1О% А в расплав Ge-Ai-Sl рост слоя пркращается, отжиг при 9 do С приводит к увеличению излучательной рекомбинации в активном слое за счет снижения беэизлучательной рекомбинашш, так как гаплнй-алюминиевый расплав экстрагирует из активных областей примеси (например, медь, кислород), дающие в комплексе с вакансиями галлия или другими примесями глубокие уровни в запрещенной зоне GaAS. Эпитаксийльный слой твердого раствора р-А1д Ga, As (с X 0,3-О,4) на границе с GaAs создает барьер для электронов, вызванный образованием изотипного р-р-гетероперехода. Барьер к 1сотой О,3-О,4 эВ отражает инжектированные в р-область (ЗаАй электроны и уменьшает их длину диффузии, что приводит, как показали проведен ные эксперименты, к увеличению быстродействия светодиодов. Толщина активной р-области GaA является важным признаком для способа, так как за счет этого повышается быстродействие и сохраняется высокая эффективност Активная р-область GaAs ограничивается потенциальным барьером, полученным при выращивании гетероперехода р GaAa р Alj который ограничивает область рекомбинации неосновных носителей (потендаальный барьер отражает электроны инжектированные в р-области). Толщина активной области ленсит в пре делах 1,5-5 мкм ог{тимальное значение 2-3 мкм. Пример. Эпитаксиальные структуры на основе арсенида галлия выращивали методом жидкостной эпитаксии из рартвора-расплава Ga-As-Sl , ограниченного подложками GaAe, собранными в пакет с зазором между ними 2 мм. В расплав галлия помещали 6 вес. % As и 0,4 вес. % Si . Выращивание осуществляли на подложках GaAs, легированных оловом с in 7-10 см . При 900°С контейнер с размещенными в нем подложками, раствором-расплавом Ga-As- 6i , выдерживали 40-60 с и производили принудительное охлаждение со скоростью 4 С/мин, При этом выращивали сначала ; п -слой GaA. 6 5 850°С И затем р-сло1Й GaAs. При наи и расплав сливали и вместо него заливали расплав галлия - 4 вес. % алюминия. Температуру поднимали дс 950 С, выдерживали 10 мин, а затем снижали до 850 С и расплав сливали. При 85О С в контейнер заливали расплав-раствор, содержащий галлий, насыщенный мышьяком, 0,4 ат. % алюминия и 0,О5 ат. % кремния. Далее производили снижение температуры со скоростью 2 /мин. При этом наращивался слой ; .fA(x 0,4). Толщина активного слоя составляла 23 мкм. Контакты к nj- и р-областям светодиода изготовляли соответственно на основе сплавов: Zr (95 вес. %)-Ni (5 вес. %), tn (94 Bec.%)-Nl (3 вес.%)- Zn(3 вес.%). На фиг. 1 приведена схема полученного светодиода. Здесь 1-омические контакты к П- и р-областям структуры, 2 - подложка GaS, легированная оловом ( п о 7-1 о см), 3 - эпитаксиальный слой й-типа, легированный кремнием (п 1О%м 4 - эпитаксиальный слой р-типа GaAs, легированный кремнием (р 1 о см ), 5 эпитаксиальный слой твердого раствора ..хАб (С 0,35), легированный ,Л. ,, кремнием (р 10°см ). На фиг. 2 приведена энергетическая схема светодиода. Здесь Ер, Еу, Е - соответственно энергии дна зоны проводимости, уровня Ферми, потолка валентной зоны, д.Е - щирина запрещенной .зоны в п области GaAs,. дЕ - ширина запрещенной зоны в твердом растворе, Аб, AW - энергетический барьер на границе р-р-гетероперехода, ЬР - энергия квантов излучаемого света. , поэтому свет выходит через подложку. Инжектируемые в робласть электроны отражаются от барьера 0,4 эВ и рекомбинируют в р-обI ласти. Полученные-свето диоды -на основе GaAs J Si обладали высоким быстродействием (время релаксации менее 1ОО не) при высокой внешней квантовой эффективности: более 2% (без специальных покрытий плоской конструкции). Формула изобретения Способ получения светодиодов на арсениде галлия, включающий выращивание светодиодной структуры с активной робластью и дополнительной р-о6ласгью из раствора-расплава C-jaAs с амфотерной

примесью при принудительном охлаждении, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрофиет1ческих параметров светодиодов, активную р-область выращивают толщиной 1,5-5 мкм, затем Js расплав добавляют 3-10 вес. % алюминия и выдерживают 10-3 О мин при 9ОО-95О С, после чего в качестве дополнительной р-области наращивают слой

1 5

////////f ///,

////////.

JW

45

/ //y//W/

твердого раствора А1 Qa. А с х « О,3-0,4.

Источники информации, принятые во Внимание при экспертизе

/ У У//////////////у иг.г