RU1632278C

RU1632278C - Способ изготовления светодиодных структур

Info

Publication number: RU1632278C
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Водаков; Е.Н. Мохов; А.Д. Роенков; Р.Г. Веренчикова; А.И. Гирка; С.В. Свирида; А.Д. Мокрушин; А.В. Шишкин
Original assignee: Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1989-07-10
Publication date: 1994-10-15

Abstract

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к изготовлению источников света с излучением в зеленой, голубой и других областях спектра в зависимости от выбранного политока подложки. Целью изобретения является обеспечение воспроизводимости параметров. На подложке из SIC формируют p-n-переход, методом эпитаксии, сначала наносят слой SIC p-типа проводимости, а затем слой SIC n-типа проводимости. После этого проводят облучением электронами, при этом режимы облучения выбирают так, чтобы обеспечить однородное легирование люминесцентно-активного слоя радиационными дефектами с заданной и легко реализуемой концентрацией центров излучательной рекомбинации. В заключении проводят отжиг при температуре 1700 - 1800°С.

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к изготовлению источников света с излучением в зеленой, голубой и в других областях спектра в зависимости от выбранного политипа подложки.

Целью изобретения является обеспечение воспроизводимости параметров структур.

Предлагаемый способ позволяет сначала сформировать качественный p-n-переход путем наращивания эпитаксиального слоя р-типа проводимости на слой n-типа проводимости, а затем с помощью облучения электронами и последующего отжига ввести в n-слой люминесцентно-активные центры. Необходимость наращивания слоя р-типа проводимости на слой SiC n-типа проводимости связана с тем, что эффективная излучательная рекомбинация возникает в слое SiC р-типа проводимости в случае инжекции дырок из слоя SiC р-типа проводимости. Сформированный p-n-переход должен обладать необходимыми физическими параметрами, обеспечивающими эффективную однородную инжекцию дырок в люминесцентно активный слой n-типа проводимости.

Необходимость облучения электронами созданного р-n-перехода обусловлена тем, что при этом обеспечивается практически однородное легирование люминесцентно-активного слоя радиационными дефектами с заданной и легко реализуемой концентрацией центров излучательной рекомбинации, что приводит к однородности люминесценции по площади всего образца и воспроизводимости параметров всех светодиодов, созданных на этом образце.

Энергия облучающих электронов лежит в пределах 2,0-5,0 МэВ. При облучении электронами с энергией меньше, чем 2,0 МэВ образуется недостаточная концентрация радиационных центров излучательной рекомбинации и эффективность люминесценции падает, т.е. ухудшаются параметры светодиодов. При облучении электронами с энергией больше, чем 5,0 МэВ образуются кластеры, которые могут сохраниться и после высокотемпературного отжига, что резко ухудшает воспроизводимость параметров светодиодов.

При облучении электронами дозами меньше, чем 10¹⁸ см^-2 существенно уменьшается концентрация люминесцентно-активных радиационных центров, что приводит к уменьшению эффективности электролюминесценции и, следовательно, к ухудшению параметров светодиодов. При дозе электронов больше, чем 5˙10¹⁸ см^-2 необходимы более высокотемпературные отжиги для уменьшения концентрации радиационных безызлучательных центров рекомбинации. Однако, при температурах больше 1800^оС начинается отжиг и люминесцентно-активных центров, что приводит к уменьшению эффективности люминесценции и ухудшению воспроизводимости параметров светодиодов.

При облучении при температуре ниже 30^оС воспроизводимость параметров светодиодов снижается вследствие неоднородности распределения люминесцентно-активных центров из-за низких подвижностей возникающих радиационных дефектов. Облучение при температуре выше 500^оС приводит к уменьшению количества центров излучательной рекомбинации из-за того, что возникающие радиационные дефекты, как установлено методом позитронной спектроскопии, при таких температурах облучения объединяются в более сложные комплексы, являющиеся центрами безызлучательной рекомбинации, что приводит к ухудшению параметров светодиодов.

При температурах отжига ниже 1700^оС еще не образуется достаточное количество радиационных люминесцентно-активных центров и не полностью отжигаются центры безызлучательной рекомбинации, что приводит к ухудшению параметров светодиодов. При температуре отжига выше, чем 1800^оС начинается отжиг самих люминесцентно-активных центров т.е. эффективность люминесценции падает и ухудшается воспроизведение параметров светодиодов.

П р и м е р 1. В качестве подложки используют кристаллы SiC политипа 6Н n-типа проводимости с концентрацией нескомпенсированных доноров (Nd-Na) = 4 х 10¹⁸ см^-3, определяемой по оптическому поглощению. Плотность дислокаций выходящих на базисную плоскость (0001), не более 10³ см^-2. Травлением в КОН при температуре 400^оС в течение 15 мин с поверхности подложки удаляют слой толщиной 20 мкм. После травления идентифицировались полярные грани (0001). Эпитаксиальные слои формируют на плоскости (0001)С, которая предпочтительна с точки зрения создания меза-структур. Эпитаксиальное наращивание слоев n- и р-типа проводимости осуществляют сублимацией. Рост слоев n-типа проводимости производят в вакууме 10^-3 Па, при температуре 1750^оС в течение 1 ч. Далее образцы контролируют по толщине слоя и концентрации (Nd-Na). Толщина слоя измеряется на приготовленных торцовых шлифах с помощью микроскопа МДЛ с точностью до 1 мкм и она составляет 15 мкм. Концентрация (Nd-Na) определяется методом локального пробоя поверхностных диодов и составляет 4˙10¹⁷ см^-3. Рост слоя р-типа проводимости проводится в атмосфере Ar в присутствии паров Al ( ≈ 100 Па) при температуре 2500^оС. Продолжительность роста 20 мин. Толщина наращенного слоя 5 мкм. На полученных структурах измеряют концентрацию акцепторной примеси Al, которая была на уровне 5˙10²⁰ см^-3.

После формирования р-n-перехода образец облучают потоком электронов на линейном ускорителе. Доза облучения 10¹⁸ см^-2, энергия электронов 2,0 МэВ, температура облучения 30^оС. Полученные структуры отжигают в атмосфере аргона при температуре 1700^оС в течение 10 мин.

Далее для измерения параметров электролюминесценции формируют омические контакты: к р-слою - металлический Al и к n-слою сплав (Ni + W).

Затем методом фотолитографии и травления в КОН создают изолированные светодиодные структуры (до 200 структур на одном кристалле) и проводят измерения спектра электролюминесценции и внешний квантовый выход диодной структуры. Относительные измерения квантового выхода на всех структурах проводят с помощью фотометрической головки для измерения интегральной мощности с эталонным фотоэлементом. Максимум излучения лежит в спектральной области 530 нм. Внешний квантовый выход был равен 2,0˙10^-4 с разбросом по всем структурам не более 10%, что полностью обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов, расположенных на одной подложке и расширяет область их использования.

П р и м е р 2. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 2,5˙10¹⁸, энергия 3,5 МэВ, температура облучения 300^оС, температура отжига 1750^оС, время отжига 10 мин. Внешний квантовый выход 2,5˙10^-4 с разбросом по всем структурам не более 10%, что обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов на одной подложке и расширяет область их использования.

П р и м е р 3. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 5˙10¹⁸ см^-2, энергия электронов 5 МэВ, температура облучения 500^оС, температура отжига 1800^оС, время отжига 10 мин. Внешний квантовый выход 2,3˙10^-4, с разбросом по всем структурам не более 10%, что обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов на одной подложке и расширяет область их использования.

П р и м е р 4. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения 5˙10¹⁷ см^-2, энергия 1,4 МэВ, температура облучения 0^оС, температура отжига 1650^оС, время отжига 10 мин. Квантовый выход светодиодов 8˙10^-5, с разбросом по всем структурам не менее 30%.

П р и м е р 5. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 10¹⁹ см^-2, энергия электронов 6 МэВ, температура облучения 600^оС, температура отжига 1850^оС, время отжига 10 мин. Квантовый выход светодиодов 10^-4, с разбросом по всем структурам не менее 30%.

Как видно из примеров 4 и 5, где приведены запредельные параметры облучения электродами и отжига структур, положительный эффект резко снижается.

П р и м е р 6. В качестве подложки используют кристаллы SiC политипа 4Н n-типа проводимости с концентрацией нескомпенсированных доноров (Nd - Na) = 4˙10¹⁸ см^-3. Условия подготовки подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 2,5˙10¹⁸, энергия 3,5 МэВ, температура облучения 300^оС, температура отжига 1750^оС, время отжига 10 мин.

Максимум излучения светодиодных структур лежит в спектральной области 4850А. Внешний квантовый выход был равен 1˙10^-4 с разбросом по всем структурам не более 10%, что полностью обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов, расположенных на одной подложке и расширяет область их использования.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления светодиода обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов, созданных на одной подложке и расширяет область их использования (например, для создания модулей для записи и воспроизведения информации в аналоговых режимах).

Дополнительными преимуществами можно считать упрощения и оптимизацию технологии, так как отсутствует опасность испарения тонкого р-слоя и то, что получаемые предлагаемым способом светодиоды обладают высоким быстродействием (время срабатывания τ≅ 10 нс), что обеспечивает высокую плотность записи и воспроизведения информации в оптоэлектронных системах.

Claims

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СТРУКТУР путем эпитаксиального наращивания на подложку SiC слоя SiC n-типа проводимости, на слой SiC n-типа проводимости слоя SiC p-типа проводимости, облучения и отжига, отличающийся тем, что, с целью обеспечения воспроизводимости параметров, облучение проводят электронами с энергией 2 - 5 МэВ дозой 10¹⁸ - 5 · 10¹⁸ см^-2 при температуре 30 - 500^oС, а отжиг проводят при температуре 1700 - 1800^oС.