Диодный источник света на карбтде кремния
0п 438364
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Сееетских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.0Э.72 (21) 1828718/24-7 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 05.06.76. Бюллетень № 25
Дата опубликования описания 26.05.76 (51) М. Кл. - H 01L 33,,00
Н 05В 33/18
Государственный комитет
Совета Министров СССР (53) УДК 621.382.002 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения
В. И, Павличенко (71) Заявитель (54) ДИОДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА НА КАРБИДЕ
КРЕМНИЯ и-ТИПА
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 з см — з и структурой р — n-перехода, состоящей из сильнолегированного, низкоомного р-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 небольшая однородность параметров в различных образцах, особенно в многоэлементных приборах, и вследствие этого небольшой 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 — и-переход. Базовый монокристалл карбида кремния и-типа имеет концентрацию нескомпенсированных атомов доноров 5 10"—
5 10" ом †и концентрацию атомов побочных примесей до 2 10 в см — з, а эпитаксиальная пленка имеет концентрацию нескомпенсированных атомов доноров (азота и кислорода)
0,8 — 3,0. 10" см з, концентрацию атомов побочных примесей 0,4 — 1,5 10" см — и толщину 5 — 100 мкм.
Пример 1. Диодные источники света на карбиде кремния с;келтым цветом излуче15 ния 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 при20 месей (3 — 8) 10" см . Ha эти кристаллы нанесены мои окристаллические эпитаксиальные пленки и-типа с концентрацией нескомпенсированных атомов доноров (азота и кислорода) 1,1 — 2,2 10 з см вЂ, концентрацией атомов
25 побочных примесей 0,4 — 1,5 10" см — и толщиной 30 — 50 мкм, поверхностный слой которых р-типа проводимости толщиной 0,1 — 0,5 мкм диффузионно легирован алюминием до концентрации 10" — 10" см —, к нему прилегает
30 компенсированный слой и-типа проводимости
438364
65 толщиной 0,3 — 1 мкм с удельным сопротивлением 10 — 10 ом/см, легированный бором.
На диффузионную р-область, имеющую два указанных слоя, нанесен омический контакт алюминия с добавкой 2 о/о 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 /о 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 /о.
После резки диффузионных кристаллов с контактами на квадраты 1,5 (1,5 мм 86 /о приборов имели однородную электролюминесценцию, яркость которой составляла 80—
200 при плотности тока 0,5 а/см (ток
КД
М1
10 ма). На стандартных кристаллах процент выхода годных по электролюминесценции приборов составляет в среднем 55 — 70 о/о, 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 эпитаксиальных 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 /о) оно равно 2,25 — 2,35 в.
Таким образом, у преобладающего большинства приборов разброс значений прямого падения напряжения не превышает 5О/о (в отношении к его минимальному значению), что по 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 /о) и увеличиваются (до 2,4 — 2,8 в — на 5 — 20 /о) 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 побочных примесей (5 — 8,5)
° 10 7 см — и толщиной 350 мкм. На этих кристаллах расположены монокристаллические
40 эпитаксиальные пленки электронного типа проводимости толщиной 40 — 70 мкм с концентрацией нескомпенсированных атомов доноров (азота и кислорода) (0,8 — 1,6) .10" см- 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 10" — 10" см —, к нему прилегает компенсированный слой и-типа проводимости толщиной 0,4 — 1,5 мкм с удельным сопротивлением 10 — 10 ом/см, легированный бором.
В качестве исходных кристаллов служат технические монокристаллы абразивного карбида кремния, непригодные для изготовления кондиционных источников света без эпитаксиальной пленки. На диффузионной р-области расположен омический контакт алюминия с добавкой титана (-1,5 /о) 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 (-1,5 /о) толщиной 1 мкм и никеля толщиной — 0,3 мкм. Яркость излучения диодных источников света составляла
100 — 220 при плотности тока 0,5 a/ñì м (ток 10 ма). Процент выхода годных по фотолюминесценции кристаллов составляет 95 /о, а процент выхода годных по электролюминесценции источников света 90 /о.
Разброс приборов по яркости излучения не 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 п-типа, содержащий диффузионный р — ипереход, структура которого состоит из низкоомного, легированного алюминием и бором р-слоя толщиной 0,1 — 2 мкм, низкоомного, легированного азотом и кислородом базового и-слоя и высокоомного, активированного бором слоя толщиной 0,1 — 1,5 мкм, расположенного между ними, отличающийся тем, что, с целью повышения 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 и-типа нанесена эпитаксиальная пленка карбида кремния того же типа проводимости, на поверхности которой расположен указанный р — n-переход, причем базовый монокристалл карбида кремния и-типа имеет концентрацию
438364
Составитель E. Сафонова
Техред Т. Зимина
Корректор 3. Тарасова
Редактор В. Левятов
Заказ 1313/1 Изд. № 1325 Тираж 963 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2 нескомпенсированных атомов доноров 5 10 т—
5 10" см †и концентрацию атомов побочных примесей до 2 10 а см — з, а эпитаксиальная пленка имеет концентрацию нескомпенсированных атомов доноров (азота и кислорода)
0,8 — 3,0. 10" см —, концентрацию атомов побочных примесей 0,4 — 1,5 10 т см — и толщину
5 — 100 мкм.
