Способ изготовления светодиодных структур

Способ изготовления светодиодных структур

Реферат

 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к изготовлению на основе SiC источников света с излучением в зеленой области спектра. Цель изобретения - увеличение квантовой эффективности излучения в зеленой области спектра. Эпитаксиальный слой SiC политипа 6Н n-типа проводимости наращивают на подложку в высокотемпературной печи. Наращивание ведут путем сублимации в вакууме при избытке Si. Затем проводят имплантацию ионов Al одновременно с отжигом.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к изготовлению на основе SiC источников света с излучением в зеленой области спектра. Целью изобретения является увеличение квантовой эффективности излучения светодиодной структуры в зеленой области спектра. Для изготовления на основе SiC политипа 6Н инжекционных светодиодов с максимумом излучения 530 нм необходимо облучение кристаллов n-типа проводимости ионами Al с последующим отжигом при Т > >1300 К. Эта полоса излучения, связанная с рациационным дефектом, называется дефектной люминесценцией типа D₁. Дефектная люминесценция стимулируется собственными точечными дефектами типа углеродных вакансий (V_c) или междуузельным кремнием. Поэтому для увеличения квантовой эффективности в зеленой области спектра необходимо иметь n-материал с высоким содержанием углеродных вакансий при минимальной концентрации глубоких центров. Последними являются как примеси, например, В или Ве, так и собственные дефекты, имеющиеся в выращенном кристалле или вводимые непосредственно при ионной имплантации с глубиной залегания уровней в запрещенной зоне 0,3 эВ. Подобные центры являются причиной безызлучательной рекомбинации или приводят к конкурирующей люминесценции, смещающей максимум излучения в длинноволновую область спектра. Проведение ионной имплантации Аl в процессе отжига при 1450-1550^оС способствует созданию большого числа люминесцентно-активных центров типа D₁ и в то же время практически полностью удаляются дефекты, создающие глубокие центры, ответственные за безызлучательную рекомбинацию. Если вести имплантацию и отжиг при температуре ниже 1450^оС, то не полностью отжигаются глубокие центры. Температура выше 1550^оС увеличивает вероятность исчезновения центров, ответственных за излучение в зеленой области спектра, вследствие рекомбинации углеродных вакансий (V_c) с междуузельным углеродом (С_i). Сублимационное выращивание SiC при 1700-1900^оС позволяет получить материал с повышенной концентрацией углеродных вакансий, которые сохраняются при высокотемпературной обработке. вплоть до температуры 2800^оС и способствуют высокой эффективности излучательной рекомбинации на центрах D₁. Поддержание неравновесной избыточной концентрации углеродных вакансий происходит за счет диссоциации мелких кластеров, впитывающих в себя избыточный кремний и образующихся при росте слоев SiC из паровой фазы, обогащенной парами кремния. Температура роста слоев SiC n-типа проводимости политипа 6Н должна быть не выше 1900^оС, так как при более высокой температуре снижается концентрация точечных дефектов - активаторов люминесценции вследствие того, что на стадии роста формируются более крупные и стабильные кластеры, включающие в себя избыточный кремний. При температуре ниже 1700^оС ухудшается качество эпитаксиальных слоев, что приводит к снижению квантовой эффективности диодной структуры. Рост эпитаксиальных слоев n-типа проводимости политипа 6Н ведут в избытке Si при парциальном давлении 5-20 Па. Это позволяет увеличить концентрацию люминесцентно-активных центров в слое SiC, подвергнутом ионной имплантации Al. При парциальном давлении менее 5 Па эффективность излучения люминесценции на центрах D₁ снижается вследствие того, что уменьшается концентрация соактиваторов люминесценции, в состав которых входит избыточный кремний. При парциальном давлении выше 20 Па эффективность излучения светодиодной структуры тоже снижается за счет ухудшения качества эпитаксиального слоя, в котором наблюдается образование выделений фазы, обогащенной Si, или включений некогерентных политипов, например 3С-SiC. Рост эпитаксиального слоя необходимо вести в вакууме выше 10^-3 Па, так как концентрация донорной примеси (азота) не должна превышать 3 х 10¹⁷ см^-3, при вакууме ниже 10^-3 Па повышается концентрация азота, который приводит к резкому снижению эффективности люминесценции в зеленой области спектра. Верхний предел вакуума не указывается, так как чем выше вакуум, тем ниже концентрация электрических активных примесей, особенно азота, в слоях, тем меньше каналов, конкурентных зеленой дефектной люминесценции, т. е. тем выше квантовая эффективность в зеленой области спектра. П р и м е р 1. Для изготовления светодиодной структуры используют в качестве подложки монокристаллическую пластину SiC политипа 6Н n-типа проводимости, легированную азотом, с концентрацией нескомпенсированных доноров (N_D-N_A) = = 3 10¹⁸ cм^-3 размером 25 мм². Эпитаксиальный слой SiC политипа 6Н n-типа проводимости наращивают на подложку в высокотемпературной печи с высокочастотным нагревом, для чего используют контейнер, выполненный из графита, футерованный изнутри поликристаллическим SiC. Расстояние между источником паров SiC (пластина из поликристаллического SiC) и подложкой 0,7 мм. В контейнер помещают Si при 1700^оС, что соответствует давлению 5 Па, наращивание ведут путем сублимации при 1700^оС в вакууме 10^-3 Па. Температурный градиент в зоне роста 30 ^оС/cм. В результате проведения процесса выращены эпитаксиальные слои SiC политипа 6Н толщиной 10 мкм n-типа проводимости с концентрацией нескомпенсированных доноров, определяемой по измерению емкости барьера Шоттки, 2 10¹⁷ см^-3. Далее в образец проводят имплантацию ионов Al⁺ при 1450^оС с одновременным отжигом в установке ИЛУ-3. Глубина залегания р-n-перехода 0,3 мкм. Для оценки квантовой эффективности полученных светодиодных структур в областях n- и р-типов проводимости создают омические контакты. При приложении прямого смещения наблюдают электролюминесценцию с максимумом излучения _макс = = 530 нм. Внешняя квантовая эффективность 1,1 10^-3. П р и м е р 2. Подложка, источник, температурный градиент, расстояние между источником и подложкой такие же, как в примере 1. В контейнер помещают Si при 1840^оС, что соответствует давлению паров Si 20 Па. Наращивание ведут при 1900^оС и вакууме 1 10^-4 Па. В результате проведения процесса выращен эпитаксиальный слой SiC политипа 6Н толщиной 10 мкм с (N_D - N_A) = 6 10¹⁸ см^-3. Стадии имплантации и отжига ведут при 1500^оС. Глубина залегания р-n-перехода 70 мкм. Концентрация внедренных атомов Аl 8 10¹⁹ см^-3. После создания омических контактов измеряют эффективность электролюминесценции в зеленой области спектра. Максимум излучения _макс = 530 нм. Внешняя квантовая эффективность 3 10^-3. П р и м е р 3. Подложка, источник, расстояние между источником и подложкой и температурный градиент такие же, как и в примере 1. В контейнер с образцами помещают Si при 1770^оС, что соответствует его парциальному давлению 10 Па. Наращивание ведут при 1800^оС, вакууме 5 10^-4 Па. В результате выращен слой SiC n-типа проводимости толщиной 10 мкм с (N_D-N_A) = = 8 10¹⁶ см^-3. Стадии имплантации и отжига ведут при 1550^оС. Глубина залегания р-n-перехода 100 мкм. Концентрация внедренных атомов Al 1 10²⁰ см^-3. Внешняя квантовая эффективность полученных структур 9 10^-4. П р и м е р 4. Подложка, источник, расстояние между ними и температурный градиент такие же, как в примере 1. В контейнер помещают Si при 1500^оС, что соответствует давлению 0,8 Па. Наращивание ведут при 1650^оС в вакууме 5 10^-3. Получен эпитаксиальный слой SiC политипа 6Н толщиной 3 мкм с (N_D - N_A) = 4 10¹⁷ см^-3. Стадии имплантации и отжига ведут при 1400^оС. Глубина залегания р-n-перехода 0,1 мкм. Внешняя квантовая эффективность 5 10^-5. Как видно из примера 4, где приведены запредельные значения дозы облучения, положительный эффект резко снижается. Таким образом, как видно из приведенных примеров, светодиодные структуры, полученные предлагаемым способом, обеспечивают увеличение квантовой эффективности в зеленой области спектра более чем в 15 раз. Преимуществом способа является увеличение быстродействия светодиодных структур. Светодиодные структуры, изготовленные предлагаемым способом, могут быть использованы для создания как отдельных индикаторов, так и цифро-буквенных, многоэлементных модулей для записи информации на фоточувствительные материалы в качестве эталонных источников света.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СТРУКТУР, включающий имплантацию ионов Al в эпитаксиальный слой SiC политипа 6Н n-типа проводимости и отжиг, отличающийся тем, что, с целью увеличения квантовой эффективности излучения в зеленой области спектра, эпитаксиальный слой наращивают путем сублимации при 1700 -1900^oС, парциальном давлении Si 5 - 20 Па в вакууме не ниже 10^-3 Па, отжиг проводят при 1450 - 1550^oС, а имплантацию - в процессе отжига.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.05.1995

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2002

Извещение опубликовано: 27.12.2002