Светоизлучающий прибор Советский патент 1980 года по МПК H01L33/00 

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к полупроводниковым светоизлучающим приборам.

Изобретение может быть использовано в полупроводниковых светоизлучающих инжекционных приборах, индикаторах, матрицах, схемах управления, работающих в постоянном или импульсном режимах.

Физической основой работы светоизлучающих диодов является инжекционная электролюминесценция. Такие приборы могут быть выполнены из полупроводника с р-п-переходом. При приложении к нему прямого смещения наблюдается свечение.

Известны светоизлучающие приборы на основе гетеропереходов, что позволяет улучшить их параметры по сравнению с диодами на основе гомо-р-п-переходов Г .

Известен светоизлучающий прибор на основе гетероперехода, одна из областей которого выполнена из CaN

И.

На кремниевой подложке р-типа ме.тодом высокочастотного распыления наносится изолирующий поликристашлический слой нитрида галлия (GaN), в контакте с кoтopыrvl находится прозрачный слой из окиси индия. В

5 слое GaN происходит рекомбинация инжектированных носителей заряда а и при напряженности поля Е 10 В/см и напряжении питания 10-30 В/см вызывает излучение (при критической

10 длине волны 0,48 мк), в виде слабого бледно-голубого свечения.

Недостатками такого устройства является высокая напряженность поля (близкая к пробивному - Е 10 В/см), возникающая за счет механизма рекомбинации в GaN встречных разноименных зарядов, источниками которых, с одной стороны, являются подложка (дырки) и металлический контакт, с Цругой - электроды, а также вынужденного применения в поликрйсталлическом исполнении (из-за наличия кремниевой подложки и технологических 25 особенностей получения GaN).

Кроме того, недостатки устройства заключаются в получении слабого, бледно-голубого свечения при напряжении питания от 10 до 30 В и создании довольно сложного прозрачного конакта, вызванного поглощением энергии злучения Б кремниевой подложке.

Цель изобретения - расширение диаазона излучения при одновременном меньшении напряжения питания.

Поставленная цель достигается тем, то другая область прибора выполнена з ..

Эта область может быть легирована эртом, окисью бора 63О.

На чертеже показано расположение слоев и электродов предлагаемого устройства.

На сапфировой подложке 1 производят эпитаксиальное выращивание из газовой фазы полупроводникового нитрида галлия GaN 2 с п-типа проводимостью, поверх которого образован полупроводниковый нитрид алюминия AFN 3, р-типа проводимости.

Слой 2 может содержать естественные, неконтролируемые примеси из источников окиси бора, цинка, азота,аргона, кобальта, меди и др.

Первый контакт 4, например из алюминия, наносится на слой А UN, второй контакт 5 образуется нанесением индия на слой GaN.

При подаче прямого смещения происходит инжекция носителей заряда в GaN, имеющая односторонний характер, что обусловливается наличием инжектирующего гетероперехода 6 между эпитаксиальными слоями GaN 2 и А ЕМ 3 и рекомбинацией.в слое GaN.

Излучение выводится через сапфировую подложку, а также из слоя AEN, являющегося оптическим окном.

Полупроводниковое светоизлучающее устройство характеризуется эффективной инжекцией, малой напряженностью поля Е 1,5-10 В/см весьма высокой равномерностью излучения по всей поверхности устройства при малых токах смещения.

Данное полупроводниковое светоизлучающее устройство может быть выполнено с полуизолирующим слоем 2 полупроводникового GaN.

Полупроводниковое светоизлучающее устройство может быть выполнено также с эпитаксиальным слоем 3 из полупроводникового в качестве полуизолирующего материала.

Прибор может быть изготовлен при эпитаксиальном выращивании слоя нитрида галлия П -типа проводимости, с 1концентрацией свободных носителей тока л. 4 10 толщиной 8 мкм на подложке из сапфира (ос- AEjO ориентацией (0001), полупроводникового слоя нитрида алюминия дырочного типа проводимости толщиной ч; 0,3 мк

Один электрод диаметром 0,3 мм может быть образован напылением алюминия поверх нитрида алюминия. Второ электрод может быть образован вплавлением индия в нитрид галлия. При подаче к электродам прямого напряжен 3-5 В наблюдается излучение со стороны сапфира, энергия которого в мак.симуме спектральной полосы около 3 эВ (т 300 к) в виде яркого равномерного пятна.

Слой нитрида галлия может быть повергнут ионной имплантации азотом, при дозе облучения 1800 мкк/см и ускоряющем напряжении до 80 кэВ.

При напряжении с 3,4 В спектр излучения состоит из одной узкой полосы с энергией излучения в максимуме спектральной полосы 3,45 эВ (Т 300 к).

Прибор может быть изготовлен на подложке из лейкосапфира с ориентацией (1120) со слоем п -типа проводимости нитрида галлия, мозаичной структуры толщиной 12 мкм.

В конце роста слоя в реакционной камере может быть введена легирующая примесь в виде источника В j 0.

При подаче прямого напряжения 3,8-5 В получается спектр излучения, состоящий из двух полос с энергией излучения в максимуме спектральной полосы Я: 1,9 эВ - основной и 2,8 эВ неосновной полосы.

Формула изобретения

1.Светоизлучающий прибор на основе гетероперехода, одна из областей

0 которого выполнена из GaN, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона излучения при одновременном уменьшении напряжения питания, другая область выполнена из/ AEN.

2.Прибор по п. 1, отличающийся тем, что GaN легирован N.

3.Прибор по пп.1,2, о т л и- чающийся тем, что GaN легирован 6203.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Андреев В. М. и др. Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов. М., Сов. радио,

5 1975, с. 161-267.

2.Патент США № 3849707,

кл. 357-17, опублик. 1974 (прототип).

3 и .,/ . N V1.....

VM.