Способ формирования высококачественных гетероструктур светоизлучающих диодов


 


Владельцы патента RU 2540623:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

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.

 

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%.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии создания сложных структур с помощью потока ускоренных частиц и может быть использовано в нанотехнологии, микроэлектронике для создания сверхминиатюрных приборов, интегральных схем и запоминающих устройств.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для создания высококачественных мощных ДМОП транзисторов, КМОП интегральных схем, ПЗС-приборов.

Изобретение относится к технологии нейтронно-трансмутационного легирования (НТЛ) кремния тепловыми нейтронами, широко применяемого в технологии изготовления приборов электронной и электротехнической промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в космических технологиях, авиастроении, автомобилестроении, станкостроении, технологиях создания строительных материалов и конструкций, в области трубопроводного транспорта и в технологии создания полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологии. .

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных кремниевых резисторов, имеющих высокую температурную стабильность сопротивления в широком интервале рабочих температур.

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур с помощью потока ускоренных частиц и может быть использовано в нанотехнологиях, микроэлектронике для создания сверхминиатюрных приборов, интегральных схем и запоминающих устройств.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с пониженной плотностью дефектов.

Изобретение относится к конструированию и технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных кремниевых резисторов таблеточного исполнения, в частности резисторов-шунтов, характеризующихся низким значением номинального сопротивления 0,2÷1 мОм с пониженной температурной зависимостью сопротивления в рабочем интервале температур.
Изобретение относится к методам создания объемных композиционных структур путем изменения по заданному рисунку свойств вещества исходной заготовки и может найти применение в микроэлектронике при изготовлении интегральных схем различного назначения, средств хранения информации.

Изобретение может быть использовано при получении ювелирных алмазов. Способ введения NV-центров в монокристаллический CVD-алмазный материал включает следующие стадии: облучение CVD-алмазного материала, который содержит одиночный замещающий азот, для введения изолированных вакансий в концентрации по меньшей мере 0,05 ppm и самое большее 1 ppm; отжиг облученного алмаза для формирования NV-центров из по меньшей мере некоторых из дефектов одиночного замещающего азота и введенных изолированных вакансий.

Изобретения могут быть использованы в химической и ювелирной промышленности. Алмазный материал, легированный азотом, полученный по технологии CVD, или представляющий собой монокристалл или драгоценный камень, проявляет различие абсорбционных характеристик после воздействия излучения с энергией по меньшей мере 5,5 эВ, в частности УФ-излучения, и термической обработки при температуре 798 К.

Изобретение относится к области низкотемпературных технологий микро- и наноэлектроники и может быть использовано для создания радиационно-стойких интегральных схем и силовых полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для создания высококачественных мощных ДМОП транзисторов, КМОП интегральных схем, ПЗС-приборов.

Изобретение относится к технологии получения цветных алмазных материалов, которые могут быть использованы в ювелирной промышленности. Монокристаллический алмазный материал, который был выращен методом CVD и имеет концентрацию одиночного замещающего азота менее 5 ppm облучают, чтобы ввести изолированные вакансии V в, по меньшей мере, часть предусмотренного CVD-алмазного материала так, чтобы общая концентрация изолированных вакансий [VT] в облученном алмазном материале была, по меньшей мере, больше (а) 0,5 ppm и (b) на 50% выше чем концентрация в ppm в предусмотренном алмазном материале, после чего проводят отжиг облученного алмазного материала для формирования цепочек вакансий из, по меньшей мере, некоторых из введенных изолированных вакансий, при температуре, по меньшей мере, 700°С и самое большее 900°С в течение периода, по меньшей мере, 2 часа, при этом стадии облучения и отжига снижают концентрацию изолированных вакансий в алмазном материале, за счет чего концентрация изолированных вакансий в облученном и отожженном алмазном материале составляет <0,3 ppm.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов ниобата лития с бидоменной структурой, применяемых в устройствах нанотехнологии и микромеханики. .

Изобретение относится к области получения монокристаллов сегнетоэлектриков с доменной структурой и может быть использовано при создании устройств позиционирования, акустоэлектроники, для модификации диэлектрических, пироэлектрических и оптических свойств.

Изобретение относится к способам, используемым при работе с повышенным давлением и вызывающим физическую модификацию веществ. .

Изобретение относится к способам создания внутри алмазов изображений, несущих информацию различного назначения, например коды идентификации, метки, идентифицирующие алмазы.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в магнитометрии, квантовой оптике, биомедицине, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.

Изобретение может быть использовано при получении ювелирных алмазов. Способ введения NV-центров в монокристаллический CVD-алмазный материал включает следующие стадии: облучение CVD-алмазного материала, который содержит одиночный замещающий азот, для введения изолированных вакансий в концентрации по меньшей мере 0,05 ppm и самое большее 1 ppm; отжиг облученного алмаза для формирования NV-центров из по меньшей мере некоторых из дефектов одиночного замещающего азота и введенных изолированных вакансий.
Наверх