RU2456711C1 - Semiconductor light-emitting element - Google Patents
Semiconductor light-emitting element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456711C1 RU2456711C1 RU2010147338/28A RU2010147338A RU2456711C1 RU 2456711 C1 RU2456711 C1 RU 2456711C1 RU 2010147338/28 A RU2010147338/28 A RU 2010147338/28A RU 2010147338 A RU2010147338 A RU 2010147338A RU 2456711 C1 RU2456711 C1 RU 2456711C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- contact layer
- emitting element
- layers
- substrate
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковым приборам, специально предназначенным для светового излучения, в частности к светодиодам на основе нитридных соединений металлов III группы.The invention relates to semiconductor devices specifically designed for light radiation, in particular to LEDs based on nitride compounds of metals of group III.
Известен полупроводниковый светоизлучающий элемент, структура которого последовательно включает подложку, выполненную из сапфира, буферный слой, выполненный из нитрида металла III группы, n-контактный слой, содержащий GaN, активный слой, выполненный из нитридного материала Alx1Iny1Ga1-xl-y1N, легированный как донорами, так и акцепторами, расположенный на активном слое слой p-типа, выполненный из AlxGa1-xN, и расположенный на слое p-типа p-контактный слой, содержащий GaN легированный Mg. Вышеупомянутые слои образуют либо одностороннюю, либо двухстороннюю гетероструктуру (Patent US 6005258 «Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound having emission layer doped with donor and acceptor impurities», filled: Feb.26, 1997, Date of Patent Dec.21, 1999, IPC: H01L 29/06).A semiconductor light-emitting element is known, the structure of which consistently includes a substrate made of sapphire, a buffer layer made of group III metal nitride, an n-contact layer containing GaN, an active layer made of nitride material Al x1 In y1 Ga 1-xl-y1 N doped with both donors and acceptors, a p-type layer located on the active layer made of Al x Ga 1-x N, and a p-contact layer located on the p-type layer containing GaN doped Mg. The above layers form either a one-sided or two-sided heterostructure (Patent US 6005258 “Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound having emission layer doped with donor and acceptor impurities”, filled: Feb. 26, 1997, Date of Patent Dec.21, 1999, IPC: H01L 29/06).
В данной конструкции для повышения внутренней квантовой эффективности, обуславливающей уровень мощности светоизлучающего элемента, используется либо легирование активного слоя как донорами, так и акцепторами, либо замена односторонней структуры двусторонней.In this design, to increase the internal quantum efficiency, which determines the power level of the light-emitting element, either doping the active layer with both donors and acceptors, or replacing a one-sided structure with a two-sided one, is used.
Однако такой светоизлучающий элемент пригоден, в первую очередь, для генерации излучения с длиной волны 350 нм и более. В более коротковолновом диапазоне внутренняя эффективность излучения известного светоизлучающего элемента резко деградирует.However, such a light emitting element is primarily suitable for generating radiation with a wavelength of 350 nm or more. In the shorter wavelength range, the internal radiation efficiency of a known light-emitting element sharply degrades.
Наиболее существенными факторами, определяющими эффективность излучения, являются ограничение носителей в активном слое и подавление потенциальных барьеров, связанных с поляризационными зарядами, возникающими на интерфейсах со скачкообразным изменением состава. В рассматриваемом известном светоизлучающем элементе ограничение носителей в пределах активного слоя недостаточно. В результате инжектируемые дырки могут свободно приникать в n-контактный слой, а электроны в p-контактный слой, где они рекомбинируют преимущественно безизлучательно, приводя к резкому снижению внутренней эффективности.The most significant factors determining the radiation efficiency are carrier limitation in the active layer and suppression of potential barriers associated with polarization charges arising at interfaces with an abrupt change in composition. In the known known light-emitting element under consideration, the restriction of carriers within the active layer is not enough. As a result, the injected holes can freely penetrate into the n-contact layer, and the electrons into the p-contact layer, where they recombine predominantly non-radiation, leading to a sharp decrease in the internal efficiency.
Известен также полупроводниковый светоизлучающий элемент, структура которого последовательно включает подложку, выполненные из AlxGa1-xN n-контактный слой, активный слой, барьерный слой, расположенный между p-контактным слоем и активным слоем, в котором количество Al уменьшается по толщине в направлении p-контактного слоя, а также выполненный из нитрида металла III группы p-контактный слой, легированный Mg (Российский патент RU 2262155, Полупроводниковый элемент, излучающий свет в ультрафиолетовом диапазоне», заявл. 14.09.2004, опубл. 10.10.2005, МПК: H01L 33/00).A semiconductor light-emitting element is also known, the structure of which consistently includes a substrate made of Al x Ga 1-x N n-contact layer, an active layer, a barrier layer located between the p-contact layer and the active layer, in which the amount of Al decreases in thickness by direction of the p-contact layer, as well as a p-contact layer made of Group III metal nitride, doped with Mg (Russian patent RU 2262155, Semiconductor element emitting light in the ultraviolet range ", declared. 14.09.2004, publ. 10.10.2005, IPC : H01L 33/00).
Известный светоизлучающий элемент эффективен при работе в ультрафиолетовом диапазоне (280 нм и менее) и не позволяет получить высокий уровень мощности излучения в широком диапазоне излучения из-за повышенной плотности дефектов в эпитаксиальных слоях и, как следствие, неудовлетворительной морфологии при высоких уровнях легирования. Основной причиной неудовлетворительной морфологии слоев в известном устройстве является существенное различие параметров кристаллической решетки материала подложки, в частности сапфира, и выращиваемых на нем слоев нитридов металлов III группы.The known light-emitting element is effective when operating in the ultraviolet range (280 nm or less) and does not allow to obtain a high level of radiation power in a wide radiation range due to the increased density of defects in the epitaxial layers and, as a result, unsatisfactory morphology at high doping levels. The main reason for the unsatisfactory morphology of the layers in the known device is a significant difference in the crystal lattice parameters of the substrate material, in particular sapphire, and layers of group III metal nitrides grown on it.
Плотность дислокаций, обусловленных несоответствием параметров решетки между сапфиром и нитридами металлов третьей группы, может составлять порядка 108÷109/см2. Кроме того, сапфир имеет низкую теплопроводность, что также ограничивает уровень мощности светодиодной структуры за счет тепловых потерь. Применение буферного слоя, расположенного между подложкой и n-контактным слоем не позволяет значительно снизить плотность дефектов кристаллической решетки.The dislocation density due to the mismatch of the lattice parameters between sapphire and metal nitrides of the third group can be of the order of 10 8 ÷ 10 9 / cm 2 . In addition, sapphire has a low thermal conductivity, which also limits the power level of the LED structure due to heat loss. The use of a buffer layer located between the substrate and the n-contact layer does not significantly reduce the density of defects in the crystal lattice.
Эффективность известного светоизлучающего элемента ограничена также высоким контактным сопротивлением p-контактного слоя, выполненного из AlGaN. Снижение контактного сопротивления путем повышения уровня легирования магнием малоэффективно, так как магний при высокой плотности является легирующей примесью n-типа.The effectiveness of the known light-emitting element is also limited by the high contact resistance of the p-contact layer made of AlGaN. Reducing contact resistance by increasing the level of doping with magnesium is ineffective, since magnesium at high density is an n-type dopant.
Задача создания изобретения - увеличение выходной мощности полупроводникового светоизлучающего элемента в широком диапазоне длин волн излучения, а также увеличение срока службы полупроводникового светоизлучающего элемента.The objective of the invention is to increase the output power of the semiconductor light emitting element in a wide range of radiation wavelengths, as well as to increase the life of the semiconductor light emitting element.
Поставленная задача решается за счет того, что в полупроводниковом светоизлучающем элементе, структура которого включает подложку, выполненные из AlxGa1-xN n-контактный слой, активный слой, барьерный слой, расположенный между p-контактным слоем и активным слоем, в котором количество Al уменьшается по толщине в направлении p-контактного слоя, а также выполненный из нитрида металла III группы p-контактный слой, легированный Mg, подложка выполнена из AlN, в качестве нитридного материала p-контактного слоя использован GaN, а между подложкой и n-контактным слоем расположена переходная структура, содержащая последовательно расположенные 3÷6 одинаковых пар слоев, выполненных из беспримесного соединения AlxGa1-xN, при этом в каждой из пар слой, расположенный со стороны подложки, выполнен толщиной 300÷500 нм и содержит 30÷70% Al, а слой, расположенный со стороны n-контактного слоя, выполнен толщиной 70÷140 нм и содержит 10÷60% Al.The problem is solved due to the fact that in the semiconductor light-emitting element, the structure of which includes a substrate made of Al x Ga 1-x N n-contact layer, an active layer, a barrier layer located between the p-contact layer and the active layer, in which the amount of Al decreases in thickness in the direction of the p-contact layer, and also a p-contact layer made of Group III metal nitride, doped with Mg, the substrate is made of AlN, GaN is used as the nitride material of the p-contact layer, and between the substrate and n- contact the transitional structure is located in the m layer, containing 3–6 identical pairs of layers successively arranged from the pure Al x Ga 1-x N compound, while in each of the pairs the layer located on the substrate side is 300–500 nm thick and contains 30 ÷ 70% Al, and the layer located on the side of the n-contact layer is made with a thickness of 70 ÷ 140 nm and contains 10 ÷ 60% Al.
Предпочтительно в качестве барьерного слоя, расположенного между p-контактным слоем и активным слоем, использовать структуру, состоящую из двух слоев, с содержанием Al 13÷68% и 5÷60%, при этом толщина слоя, прилегающего к активному слою, - 50÷100 нм, а толщина слоя, прилегающего к p-контактному слою, - 150÷200 нм.It is preferable to use a structure consisting of two layers with an Al content of 13–68% and 5–60% as a barrier layer located between the p-contact layer and the active layer, while the thickness of the layer adjacent to the active layer is 50 ÷ 100 nm, and the thickness of the layer adjacent to the p-contact layer is 150 ÷ 200 nm.
Целесообразно, чтобы р-контактный слой был выполнен толщиной 40÷100 нм с концентрацией Mg не более 8·1019 см-3.It is advisable that the p-contact layer was made with a thickness of 40 ÷ 100 nm with a Mg concentration of not more than 8 · 10 19 cm -3 .
Целесообразно также, чтобы между n-контактным слоем и активным слоем был расположен легированный кремнием барьерный слой, выполненный из AlxGa1-xN.It is also advisable that between the n-contact layer and the active layer was located doped with silicon barrier layer made of Al x Ga 1-x N.
Барьерный слой, расположенный между n-контактным слоем и активным слоем, может быть выполнен толщиной 200÷300 нм с содержанием Al 10÷65%.The barrier layer located between the n-contact layer and the active layer can be made with a thickness of 200 ÷ 300 nm with an Al content of 10 ÷ 65%.
Существует два способа рекомбинации электронов и дырок: излучательный и безизлучательный, при этом излучательная рекомбинация производит свет, безизлучательная рекомбинация является источником тепла. В случае, когда электрон рекомбинирует с дыркой в таком дефекте, как дислокация, рекомбинация является неизлучательной, т.е. имеют место большие потери мощности за счет теплового излучения.There are two ways to recombine electrons and holes: radiative and non-radiative, while radiative recombination produces light, non-radiative recombination is a heat source. In the case when an electron recombines with a hole in a defect such as a dislocation, recombination is non-radiative, i.e. large power losses due to thermal radiation occur.
Для обеспечения высокой эффективности полупроводникового светоизлучающего элемента в широком диапазоне длин волн излучения в предлагаемом техническом решении использованы нитридные соединения с высоким содержанием AlN. В этом случае наиболее существенными факторами, определяющими эффективность излучения, являются ограничение носителей в активном слое и подавление потенциальных барьеров, связанных с поляризационными зарядами, возникающими на интерфейсах со скачкообразным изменением состава.To ensure high efficiency of the semiconductor light emitting element in a wide range of radiation wavelengths, the proposed technical solution used nitride compounds with a high AlN content. In this case, the most significant factors determining the radiation efficiency are carrier limitation in the active layer and suppression of potential barriers associated with polarization charges arising at interfaces with an abrupt change in composition.
Снижение контактного сопротивления p-контактного слоя в предлагаемом изобретении обеспечивается за счет использования в качестве нитридного материала p-контактного слоя GaN.The reduction of the contact resistance of the p-contact layer in the present invention is ensured by using GaN as the nitride material of the p-contact layer.
Поскольку дислокации являются основным источником безызлучательной рекомбинации в нитридных структурах, в соответствии с предлагаемым изобретением, подложка выполнена из AlN, благодаря чему имеет те же параметры кристаллической решетки, что и GaN, что позволяет уменьшить безызлучательную рекомбинацию.Since dislocations are the main source of nonradiative recombination in nitride structures, in accordance with the invention, the substrate is made of AlN, due to which it has the same crystal lattice parameters as GaN, which makes it possible to reduce nonradiative recombination.
Кроме того, за счет уменьшения плотности дислокаций, характерное время излучательной рекомбинации в нитридных полупроводниках больше по сравнению со временем неизлучательной рекомбинации. Малое характерное время излучательной рекомбинации означает, что электроны и дырки могут рекомбинировать, прежде чем произойдет взаимодействие с дислокацией.In addition, due to a decrease in the dislocation density, the characteristic time of radiative recombination in nitride semiconductors is longer compared with the time of nonradiative recombination. The short characteristic radiative recombination time means that electrons and holes can recombine before interacting with a dislocation.
В предлагаемом изобретении рассогласование кристаллической решетки подложки и сформированной на ней полупроводниковой структуры практически полностью исключается за счет наличия между подложкой и n-контактным слоем переходной структуры, содержащей последовательно расположенные пары слоев, выполненные из беспримесного соединения AlxGa1-xN.In the present invention, the mismatch of the crystal lattice of the substrate and the semiconductor structure formed on it is almost completely eliminated due to the presence of a transition structure between the substrate and the n-contact layer containing sequentially arranged pairs of layers made of pure Al x Ga 1-x N.
При условии, что количество пар слоев в переходной структуре составляет менее трех, эффективность борьбы с прорастающими дислокациями снижается.Provided that the number of pairs of layers in the transition structure is less than three, the effectiveness of the fight against germinating dislocations decreases.
При количестве пар слоев более шести имеет место ухудшение растекания тока по структуре, увеличение сопротивления и рабочего напряжения светоизлучающей структуры, увеличение плотности дислокаций несоответствия на границах интерфейсов. Все это сопровождается снижением внешнего квантового выхода и, как следствие, снижением мощности светоизлучающей структуры в целом.When the number of pairs of layers is more than six, there is a deterioration in the current spreading over the structure, an increase in the resistance and operating voltage of the light-emitting structure, and an increase in the density of misfit dislocations at the interfaces. All this is accompanied by a decrease in the external quantum yield and, as a consequence, a decrease in the power of the light-emitting structure as a whole.
Чередующиеся слои с периодически изменяющимся содержанием Al препятствуют проникновению дислокаций в верхние слои структуры, заворачивая линии прорастающих дислокаций таким образом, что они оказываются расположенными вдоль интерфейса и, следовательно, прекращают свое дальнейшее движение.Alternating layers with a periodically varying Al content impede the penetration of dislocations into the upper layers of the structure, wrapping the lines of germinating dislocations in such a way that they are located along the interface and, therefore, cease their further movement.
В указанных слоях содержание алюминия должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить оптическую прозрачность для излучения (вывод излучения происходит, в том числе, и через подложку, выполненную из AlN, которая является оптически прозрачной для излучения). При прохождении через переходную структуру излучение не должно поглощаться.In these layers, the aluminum content must be high enough to provide optical transparency for radiation (radiation is removed, including through a substrate made of AlN, which is optically transparent for radiation). When passing through the transition structure, the radiation should not be absorbed.
Экспериментально установлено, что увеличение содержания Al в слоях переходной структуры, расположенных со стороны подложки, свыше 70% приводит к увеличению количества дефектов и ухудшению морфологии поверхности слоев переходной структуры, а также увеличивает сопротивление структуры в целом.It was experimentally established that an increase in the Al content in the layers of the transition structure located on the substrate side by more than 70% leads to an increase in the number of defects and a deterioration in the surface morphology of the layers of the transition structure, and also increases the resistance of the structure as a whole.
Уменьшение содержания Al в слоях переходной структуры, расположенных со стороны подложки, менее 30%, так же как и увеличение содержания Al в слоях переходной структуры, расположенных со стороны n-контактного слоя, более 60% приводит к тому, что барьеры переходной структуры становятся недостаточно «резкими», что может привести к прорастанию дислокаций в активный слой.A decrease in the Al content in the layers of the transition structure located on the substrate side is less than 30%, as well as an increase in the content of Al in the layers of the transition structure located on the side of the n-contact layer by more than 60%, the transition barriers become insufficient “Sharp”, which can lead to the germination of dislocations in the active layer.
Уменьшение содержания Al в слоях, расположенных со стороны n-контактного слоя, менее 10% неэффективно с точки зрения борьбы с прорастающими дислокациями и создает предпосылки для поглощения излучения в самой структуре.A decrease in the Al content in the layers located on the side of the n-contact layer is less than 10% ineffective from the point of view of combating germinating dislocations and creates the prerequisites for the absorption of radiation in the structure itself.
Важным фактором, ограничивающим выходную мощность светоизлучающих элементов, являются тепловые потери, что связано с большим содержанием Al в слоях. В предлагаемом изобретении эта проблема решается благодаря тому, что подложка выполнена из AlN. Подложки из AlN обладают высокой теплопроводностью, что объясняется простой атомной структурой, наличием сильной ковалентной связи и слабой ангармоничностью колебаний кристаллической решетки.An important factor limiting the output power of light-emitting elements is heat loss, which is associated with a high Al content in the layers. In the present invention, this problem is solved due to the fact that the substrate is made of AlN. AlN substrates have high thermal conductivity, which is explained by the simple atomic structure, the presence of a strong covalent bond and weak anharmonicity of the crystal lattice vibrations.
Охлаждение светоизлучающего элемента, выполненного на подложке из AlN, более эффективно, чем указанных выше известных светоизлучающих элементов, как за счет высокой теплопроводности подложки, так и за счет отсутствия буферного слоя, необходимого при использовании инородных подложек (например, сапфира), который характеризуется большим тепловым сопротивлением.The cooling of a light-emitting element made on an AlN substrate is more efficient than the aforementioned known light-emitting elements, both due to the high thermal conductivity of the substrate and due to the lack of a buffer layer required when using foreign substrates (for example, sapphire), which is characterized by a large thermal resistance.
Кроме того, проблема снижения тепловых потерь в предлагаемом изобретении решена за счет тщательного подбора толщин слоев в структуре и оптимальных уровней легирования.In addition, the problem of reducing heat loss in the present invention is solved by careful selection of layer thicknesses in the structure and optimal levels of doping.
При условии, что толщины слоев переходной структуры превышают 500 нм и 140 нм, возрастает рабочее напряжение и удельное сопротивление светоизлучающего элемента, что приводит к разогреву светоизлучающего элемента, снижает его внутреннюю квантовую эффективность, а следовательно, и мощность излучения. Срок службы светоизлучающего элемента в этом случае тоже снижается.Provided that the thicknesses of the layers of the transition structure exceed 500 nm and 140 nm, the operating voltage and the resistivity of the light-emitting element increase, which leads to the heating of the light-emitting element, reduces its internal quantum efficiency, and hence the radiation power. The life of the light-emitting element in this case is also reduced.
Уменьшение толщины слоя переходной структуры, расположенного со стороны подложки менее 300 нм, а слоя, расположенного со стороны n-контактного слоя, менее 70 нм способствует проникновению дислокаций в активную область светоизлучающего элемента.A decrease in the thickness of the layer of the transition structure located on the substrate side is less than 300 nm, and the layer located on the side of the n-contact layer, less than 70 nm, facilitates the penetration of dislocations into the active region of the light-emitting element.
Выполнение барьерного слоя, расположенного между p-контактным слоем и активным слоем в форме структуры, состоящей из двух слоев, позволяет повысить эффективность светоизлучающего элемента за счет отражения излучения, обусловленного наличием границы между слоями.The implementation of the barrier layer located between the p-contact layer and the active layer in the form of a structure consisting of two layers, allows to increase the efficiency of the light-emitting element due to the reflection of radiation due to the presence of a boundary between the layers.
Снижение количества Al в слое, прилегающем к p-контактному слою, менее 5%, а в слое, прилегающем к активному слою, менее 13% сопровождается увеличением тока утечки электронов и создает предпосылки для нежелательной диффузии Mg в активный слой.A decrease in the amount of Al in the layer adjacent to the p-contact layer is less than 5%, and in the layer adjacent to the active layer, less than 13% is accompanied by an increase in the electron leakage current and creates the prerequisites for the undesired diffusion of Mg into the active layer.
С другой стороны, превышение максимальных указанных значений концентрации Al в рассматриваемых слоях приводит к снижению необходимой концентрации свободных носителей.On the other hand, exceeding the maximum indicated values of Al concentration in the considered layers leads to a decrease in the required concentration of free carriers.
Уменьшение толщины слоев менее 50 нм и 150 нм соответственно приводит к ухудшению электронного ограничения и увеличению тока утечки электронов.A decrease in the layer thickness of less than 50 nm and 150 nm, respectively, leads to a deterioration of the electronic limitation and an increase in the electron leakage current.
При условии, что толщины слоев превышают 100 нм и 200 нм наблюдается увеличение сопротивления без дополнительного улучшения электронного ограничения.Provided that the layer thicknesses exceed 100 nm and 200 nm, an increase in resistance is observed without further improvement in electronic limitation.
Толщина p-контактного слоя не должна быть больше 100 нм из-за повышения дефектности материала в процессе роста. С другой стороны, формирование омических контактов к контактным слоям p-типа требует дополнительного термического отжига. В процессе отжига металл электродов диффундирует в контактный слой. Чтобы избежать проникновения атомов металла в активные слои структуры светоизлучающего элемента, толщина p-контактного слоя не должна быть меньше 40 нм.The thickness of the p-contact layer should not be more than 100 nm due to an increase in the defectiveness of the material during growth. On the other hand, the formation of ohmic contacts to p-type contact layers requires additional thermal annealing. During annealing, the metal of the electrodes diffuses into the contact layer. To avoid the penetration of metal atoms into the active layers of the structure of the light-emitting element, the thickness of the p-contact layer should not be less than 40 nm.
Уровень легирования p-контактного слоя должен быть максимально возможным, однако в случае, когда уровень легирования превышает 8·1019 см-3, имеет место самокомпенсация акцепторов за счет встраивания атомов Mg в междоузлия GaN, что затрудняет получение p-типа проводимости.The doping level of the p-contact layer should be as high as possible, however, in the case where the doping level exceeds 8 × 10 19 cm -3 , acceptors self-compensate due to the incorporation of Mg atoms into GaN internodes, which makes it difficult to obtain p-type conductivity.
Концентрация Al в барьерном слое, расположенном между n-контактным слоем и активным слоем, 10÷65% при толщине слоя 200÷300 нм является достаточной для обеспечения эффективного ограничения дырок в активном слое.The Al concentration in the barrier layer located between the n-contact layer and the active layer, 10–65% at a layer thickness of 200–300 nm, is sufficient to ensure effective hole restriction in the active layer.
При содержании Al менее 10% эффективность ограничения дырок в активном слое снижается, при этом возрастает вероятность поглощения излучения в барьерном слое, что снижает эффективность светоизлучающего элемента в целом. Увеличение количества Al свыше 65% не обеспечивает дополнительного выигрыша в ограничении носителей и, как следствие, в квантовом выходе и приводит к ограничению количества свободных носителей.When the Al content is less than 10%, the efficiency of hole restriction in the active layer decreases, while the probability of absorption of radiation in the barrier layer increases, which reduces the efficiency of the light-emitting element as a whole. An increase in the amount of Al over 65% does not provide an additional gain in the limitation of carriers and, as a consequence, in the quantum yield and leads to a limitation in the number of free carriers.
Увеличение толщины легированного кремнием барьерного слоя, расположенного между n-контактным слоем и активным слоем, более 300 нм приводит к росту сопротивления и, как следствие, рабочего напряжения, а уменьшение толщины барьерного слоя снижает эффективность ограничения дырок в активном слое и увеличивает вероятность поглощения излучения в барьерном слое.An increase in the thickness of the silicon-doped barrier layer located between the n-contact layer and the active layer, more than 300 nm, leads to an increase in resistance and, as a consequence, an operating voltage, and a decrease in the thickness of the barrier layer reduces the efficiency of hole restriction in the active layer and increases the probability of radiation absorption in barrier layer.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен полупроводниковый светоизлучающий элемент.The invention is illustrated by the drawing, which shows a semiconductor light-emitting element.
Полупроводниковый светоизлучающий элемент в конкретном исполнении во всех примерах последовательно включает:The specific embodiment of the semiconductor light emitting element in all examples includes:
- подложку 1, выполненную из AlN,- a
- переходную структуру 2, содержащую последовательно расположенные 3÷6 одинаковых пар слоев, выполненных из беспримесного соединения AlxGa1-xN,-
- n-контактный слой 3, легированный кремнием,- n-
- барьерный слой 4, выполненный из AlxGa1-xN,- a
- активный слой 5,-
- барьерный слой 6, легированный кремнием, выполненный из AlxGa1-xN,- a silicon doped
- p-контактный слой 7, выполненный из GaN.- p-
В барьерном слое 6 количество Al уменьшается по толщине в направлении p-контактного слоя. В соответствии с изобретением предпочтительно выполнение барьерного слоя в форме структуры, состоящей из двух слоев, с содержанием Al 13÷68% и 5÷60%.In the
Три партии гетероструктур полупроводниковых светоизлучающих элементов по 20 шт. были изготовлены методом хлоридно-гидридной эпитаксии (HVPE). Характеристики изготовленных гетероструктур представлены в таблице 1.Three batches of heterostructures of semiconductor light-emitting elements of 20 pcs. were fabricated by chloride hydride epitaxy (HVPE). The characteristics of the fabricated heterostructures are presented in table 1.
Диаметр гетероструктур полупроводниковых светоизлучающих элементов для всех партий составлял 50,8 мм.The diameter of the heterostructures of the semiconductor light-emitting elements for all batches was 50.8 mm.
Отступ от края, уменьшающий полезную площадь гетероструктур, составлял не более 5 мм.The distance from the edge, which reduces the useful area of the heterostructures, was no more than 5 mm.
Отсутствие трещин и включений определяли с помощью оптического микроскопа «Leica ERGOLUX-200» (Германия), который был настроен и отрегулирован для изучения морфологии поверхностей.The absence of cracks and inclusions was determined using an optical microscope "Leica ERGOLUX-200" (Germany), which was tuned and adjusted to study the surface morphology.
Для определения диапазона длин волн излучения и радиометрических характеристик гетероструктур использовали оптометр UDT S3 70 (UDT Instruments, USA) и пакет компьютерных программ «Ocean Optics».To determine the range of radiation wavelengths and radiometric characteristics of heterostructures, we used the UDT S3 70 optometer (UDT Instruments, USA) and the Ocean Optics software package.
Партия 1: диапазон длин волн излучения 260÷280 нм.Part 1: radiation wavelength range 260 ÷ 280 nm.
Партия 2: диапазон длин волн излучения 300÷320 нм.Part 2: radiation wavelength range 300 ÷ 320 nm.
Партия 3: диапазон длин волн излучения 355÷365 нм.Party 3: radiation wavelength range 355 ÷ 365 nm.
Плотность проникающих дислокаций определяли с помощью атомно-силового микроскопа Dimension 3100 (фирмы «Veeco Instruments)), США). Во всех образцах плотность проникающих дислокаций не превышала 1×107 см-2.The density of penetrating dislocations was determined using a Dimension 3100 atomic force microscope (Veeco Instruments), USA). In all samples, the density of penetrating dislocations did not exceed 1 × 10 7 cm –2 .
Полуширина кривых качания во всех образцах была определена с помощью ретнгеновского дифрактометра «Rigaku» и не превышала 250 угловых секунд.The half-width of the rocking curves in all samples was determined using a Rigaku Retngen diffractometer and did not exceed 250 arc seconds.
Для определения рабочих характеристик светоизлучающих элементов были вырезаны элементы с квадратным сечением излучающей поверхности 0,3×0,3 мм по 20 шт. из каждой партии. На полученные элементы были нанесены соответственно p-контакты и n-контакты с целью получения чипов. Чипы были установлены в специально разработанный экспериментальный стенд, на котором осуществляли испытания чипов в рабочем режиме. На контакты подавали напряжение и осуществляли измерения их рабочих параметров.To determine the operating characteristics of the light-emitting elements, elements with a square section of a radiating surface of 0.3 × 0.3 mm in 20 pieces were cut out. from each batch. The p-contacts and n-contacts, respectively, were applied to the obtained elements in order to obtain chips. The chips were installed in a specially designed experimental stand, on which chips were tested in the operating mode. Voltage was applied to the contacts and measurements of their operating parameters were performed.
Рабочее напряжение чипов в пределах 3.0÷3.8 В. Удельная мощность на единицу площади составляла 16÷18 мВт/мм2 (партия 1), 22÷24 мВт/мм2 (партия 2), 32÷36 мВт/мм2 (партия 3).The operating voltage of the chips was in the range 3.0–3.8 V. The specific power per unit area was 16–18 mW / mm 2 (batch 1), 22–24 mW / mm 2 (batch 2), 32–36 mW / mm 2 (batch 3 )
Срок службы не менее 5000 часов. Таким образом, применение предлагаемого изобретения позволяет увеличить выходную мощность полупроводникового светоизлучающего элемента в широком диапазоне длин волн излучения при одновременном увеличении срока службы.Service life not less than 5000 hours. Thus, the application of the invention allows to increase the output power of the semiconductor light-emitting element in a wide range of radiation wavelengths while increasing the service life.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010147338/28A RU2456711C1 (en) | 2010-11-11 | 2010-11-11 | Semiconductor light-emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010147338/28A RU2456711C1 (en) | 2010-11-11 | 2010-11-11 | Semiconductor light-emitting element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010147338A RU2010147338A (en) | 2012-05-20 |
| RU2456711C1 true RU2456711C1 (en) | 2012-07-20 |
Family
ID=46230383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010147338/28A RU2456711C1 (en) | 2010-11-11 | 2010-11-11 | Semiconductor light-emitting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2456711C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0772249A2 (en) * | 1995-11-06 | 1997-05-07 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| US5739554A (en) * | 1995-05-08 | 1998-04-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| US6005258A (en) * | 1994-03-22 | 1999-12-21 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III Nitrogen compound having emission layer doped with donor and acceptor impurities |
| RU2262156C1 (en) * | 2004-09-14 | 2005-10-10 | Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света" | Semiconductor element emitting light in ultraviolet range |
| US7537950B2 (en) * | 2004-12-06 | 2009-05-26 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Nitride-based light emitting heterostructure |
-
2010
- 2010-11-11 RU RU2010147338/28A patent/RU2456711C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6005258A (en) * | 1994-03-22 | 1999-12-21 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III Nitrogen compound having emission layer doped with donor and acceptor impurities |
| US5739554A (en) * | 1995-05-08 | 1998-04-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| EP0772249A2 (en) * | 1995-11-06 | 1997-05-07 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| RU2262156C1 (en) * | 2004-09-14 | 2005-10-10 | Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света" | Semiconductor element emitting light in ultraviolet range |
| US7537950B2 (en) * | 2004-12-06 | 2009-05-26 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Nitride-based light emitting heterostructure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010147338A (en) | 2012-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8816321B2 (en) | Nitride semiconductor light-emitting device and method for producing the same | |
| US9985177B2 (en) | Ultraviolet light emitting devices and methods of fabrication | |
| JP6896708B2 (en) | Ultraviolet light emitting device incorporating two-dimensional hole gas | |
| US9324908B2 (en) | Nitride semiconductor light-emitting element | |
| US9620671B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing same | |
| US6881602B2 (en) | Gallium nitride-based semiconductor light emitting device and method | |
| US7294867B2 (en) | Semiconductor light generating device | |
| US9184344B2 (en) | Lighting-emitting device with nanostructured layer and method for fabricating the same | |
| JP3614070B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting diode | |
| JP2007150076A (en) | Nitride semiconductor light-emitting element | |
| US9318645B2 (en) | Nitride semiconductor light-emitting element | |
| TWI321363B (en) | Iii-nitride light emitting device with p-type active layer | |
| WO2015174925A1 (en) | Light-emitting device and method of forming the same | |
| US20130234106A1 (en) | Semiconductor light-emitting device | |
| JP5082444B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| JP2008130878A (en) | Nitride semiconductor light emitting element | |
| KR20080077212A (en) | Oxide semiconductor light emitting element | |
| TWI825984B (en) | Nitride semiconductor light-emitting element | |
| KR100997908B1 (en) | ?-nitride semiconductor light emitting device | |
| TWI567877B (en) | Manufacturing method of nitride semiconductor device | |
| RU2456711C1 (en) | Semiconductor light-emitting element | |
| US8878213B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| Stephan et al. | Influence of Mg doping profile on the electroluminescence properties of GaInN multiple-quantum-well light-emitting diodes | |
| KR100918830B1 (en) | VERTICALLY STRUCTURED GaN TYPE LED DEVICEE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME | |
| KR20110081650A (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE Effective date: 20140326 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171112 |