Способ получения светодиодов на арсениде галлия

Способ получения светодиодов на арсениде галлия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

В. Ф. Коваленко, И. Е; Марончук, Ю. Е. Марончук и Ю. Г. Пухов (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель И"ститут физики полупроводников Сиоирскога отделения

AH СССР (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕТОДИОДОВ

НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ

Изобретение относится к. полупровод никовой технологии, в частности к способам изготовления высоко эффективных светодиодов инфракрасного диапазона, и может быть использовано в электронной технике при изготовлении приборов оптоэлектроники.

Известен способ изготовления быстродействующих ИК светодиодов на основе

GaAe (время включении 50 нс), основанный на легировании р-<областей р-ti-nepe- .1О хода примесями теллура и цинка (lj.

При этом внешний квантовый выход излучения таких диодов составляет менее

0,5%, Известен способ получения светодиоИ дов на арсениде галлия, включающий выращивание светодиодной структуры с ак тивной р-областью и дополнительной р-областью из раствора-расплава GaAy с амфотерной примесью при принудительном охлаждении (2 ).

Известный способ основан на жидкостной эпитаксии, например, арсенида галлия иэ раствора-расплава GaAy с амфотерной примесью цри его принудительном охлаждении. При температуре выше точки инверсии образуется эпитаксиальный слой фтипа ниже р-типа.i.. Инфракрасное излучение с энергией 1,3 эВ образуется и в р-области перехода при рекомбинации инжектированных электронов и через побласть (прозрачную для этого излучения) выводится наружу с высокой квантовой эффективностью 2-496 при 300 К.

Недостатком известного способа изгэтовления светодиодов является их значительная инерционность. Время релаксации таких светодиодов обычно превышает несколько микросекунд. Для многочисленных применений требуются -более быстродействующие светодиоды.

Белью изобретения является улучшение эпектрофизических параметров светодиодов, Цель достигается тем, что по предлагаемому способу активную р-область выращивают толщиной 1,5-5 мкм, затем в

880085 расплав добавляют 3-10 вес. % алюминияи выодерживают 10-30 мин при 900950 С, после чего s качестве дополнительной р-области наращивают слой твердого раствора А (а „Ав с х = 0,3-0,4.

На фиг. 1 и 2 представлена схема.получаемой структуры.

При добавлении 3-10% А8 в расплав (За-А(-3 рост слоя пркращается, отжиг при 900 С приводит к увеличению излучательной рекомбинации в активном слое за счет снижения безиэлучательной рекомбинации, так как галлий-алюминиевый расплав экстрагирует из активных облас55 тей примеси (например, медь, кислород), дающие в комплексе с вакансиями галлия или другими примесями глубокие уровни в запрещенной зоне GaAS. Эпитаксиальный слой твердого раствора р-АМ Ga As ф-х ЗЕ (c x 0,3-0>4) ma границе c GaAg coa» дает барьер для электронов, вызванный образованием иэотипного р-р-гетероперехода, Барьер высотой 0,3-0,4 эВ отражает инжектированные в р-область GaAe

25 электроны и уменьшает их длину диффузии, что приводит, как показали проведен- . ные эксперименты, к увеличению быстродействия светодиодов.

Толщина активной р-области GaA4 аа36 ляется важным признаком для способа, так как за счет этого повышается быстродействие и сохраняется высокая эффективность,. Активная р-область GaAS ограничивается потенциальным барьером, полученным при

35 выращивании гетероперехода р GaAs р АХ„Оа „Asi который ограничивает область рекомбинации неосновных носителей (потенциальный барьер отражает электроны инжектированные в р-области).

Толщина активной области лежит в пределах 1,5-5 мкм оптимальное значение

2-3 мкм.

Пример. Эпитаксиальные структу-; ры на основе арсенида галлия выращивали 45 методом жидкостной эпитаксии из раствора-расплава Ga-As-Ы, ограниченного подложками GaAe, собранными в пакет с зазором между ними 2 мм. В расплав гаплия помещали 6 вес. % As и 0,4 вес. % 5s

$1 . Выращивание осуществляли на подложках GaAs, легированных оловом с in =

7 10 см 5. При 900 С контейнер с раэмещенными в нем подлс <хами, раствором-расплавом Ga-As- S, выдерживали

40-60 с и производили принудительное охлаждение со скоростью 4 С/мин, При этом выращивали сначала: и -слой GaA затэм Р-слой ЯаА5, При 8 50 плав сливали и вместо него заливали расплав галлия - 4 вес. % алюминия. ТемО пературу поднимали дс 950 С, выдерживали 10 мин, а затем снижали до о о

850 С и расплав сливали. При 850 С в контейнер заливали расплав-раствор, содержащий галлий, насыщенный мышьяком, 0,4 ат. % алюминия и 0,05 ат. % кремния. Далее производили снижение темо пературы со скоростью 2 /мин. При атом наращивался слой; AK„Ga„„As(x = 0,4).

Толщина активного слоя составляла 2.3 мкм.

Контакты к и- и р-областям светодиода изготовляли соответственно на основе сплавов: Zrr (95 вес. %}- Ni (5 вес, %), Йа (94 вес.%) gi (3 вес.%)- Zn(3 вес.%).

На фиг. 1 приведена схема полученного светодиода. Здесь 1-омические контакты к 0- и р-областям структуры, 2 — подложка GaS, легированная оловом (n

7 ° 10 см ), 3 - эпитаксиальный слой и -ь й-типа, легированный кремнием (n 10 bM

4 — эпитаксиальный слой р-типа GaAs, легированный кремнием {p 10 см ), 5апитаксиальный слой твердого раствора

A3„Ca, ÄAs (> = 0,35), легированный кремнием (р = 10 cM ). На фиг. 2 при-Ъ ведена энергетическая схема светодиода, Здесь Е, Е„, Е.„ - соответственно эне гии дна зоны проводимости, уровня Ферми, потолка валентной зоны, дŠ— ширина запрещенной зоны в n области GaAs, ьЕ2 — ширина запрещенной эоны в твердом растворе, A(„Gai „As, дФ вЂ” энергетический барьер на границе р-р-гетероперехода, - энергия квантов излучаемого света.Ы4дЕ, поэтому свет выходит ..А через подложку.Инжектируемые B робласть эпектроны отражаются от барьеpabW =- 0,4 эВ и рекомбинируют в р-об;ласти.

Полученные светодиоды .на основе .

GaAS St обладали высоким быстродействием (время релаксации менее 100 нс} при высокой внешней квантовой эффективности: более 2% (беэ специальных покрытий плоской конструкции).

Формула изобретения

Способ получения светодиодов на арсениде галлия, включающий выращивание светодиодной структуры с активной робластью и дополнительной р-облас гью из раствора-расплава баА5 с амфмерн»Й

680085

0,3во

М., М., S примесью при принудительном охлаждении, отличающийся тем, что, с целью улучшении електрофизических параметров светодиодов, активную р-область выращивают толщиной 1,5-5 мкм, затем в расплав добавляют 3-10 sec. % алюминия и выдерживают 10-30 мин при о

900-950 С, после чего в качестве дополнительной р-области наращивают слой б твердого раствора А1, С а, Аъ с x *

-0,4.

Источники информации, принятые внимание при экспертизе

5 11. . ББееррг г АА ., йин П, Светодиоды. Мир", 1973, с. 45-47.

2. Берг А., Нин П, Светодиоды Мир», 1973, с. 78-79 (прототип .

Соствитель Н. Ярмолюк

Редактор Л. Батанова Техред М. Петко Корректор М. нигула

Заказ 4 05/50 Тираж 923 Подписное

ППИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4