СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СТРУКТУР

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СТРУКТУР


RU (11) 1632278 (13) C

(51) 5 H01L21/263 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4716113/25 
(22) Дата подачи заявки: 1989.07.10 
(45) Опубликовано: 1994.10.15 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Гусев В.М. и др. Получение p-n-переходов на эпитаксиальных пленках SiC методом ионного внедрения. - В сб.: Проблемы физики и технологии широкозонных полупроводников. Л., 1979, с.326-332. Авторское свидетельство СССР N 1517657, кл. H 01L 21/261, 1987. 
(71) Заявитель(и): Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе 
(72) Автор(ы): Водаков Ю.А.; Мохов Е.Н.; Роенков А.Д.; Веренчикова Р.Г.; Гирка А.И.; Свирида С.В.; Мокрушин А.Д.; Шишкин А.В. 
(73) Патентообладатель(и): Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СТРУКТУР 

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. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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 51018 см-2 необходимы более высокотемпературные отжиги для уменьшения концентрации радиационных безызлучательных центров рекомбинации. Однако, при температурах больше 1800оС начинается отжиг и люминесцентно-активных центров, что приводит к уменьшению эффективности люминесценции и ухудшению воспроизводимости параметров светодиодов.

При облучении при температуре ниже 30оС воспроизводимость параметров светодиодов снижается вследствие неоднородности распределения люминесцентно-активных центров из-за низких подвижностей возникающих радиационных дефектов. Облучение при температуре выше 500оС 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 1700оС 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 1800оС 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 400оС 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 1750оС 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 41017 см-3. Рост слоя р-типа проводимости проводится в атмосфере Ar в присутствии паров Al ( 100 Па) при температуре 2500оС. Продолжительность роста 20 мин. Толщина наращенного слоя 5 мкм. На полученных структурах измеряют концентрацию акцепторной примеси Al, которая была на уровне 51020 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 30оС. Полученные структуры отжигают в атмосфере аргона при температуре 1700оС 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 2,010-4 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 2,51018, энергия 3,5 МэВ, температура облучения 300оС, температура отжига 1750оС, время отжига 10 мин. Внешний квантовый выход 2,510-4 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 51018 см-2, энергия электронов 5 МэВ, температура облучения 500оС, температура отжига 1800оС, время отжига 10 мин. Внешний квантовый выход 2,310-4, 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 51017 см-2, энергия 1,4 МэВ, температура облучения 0оС, температура отжига 1650оС, время отжига 10 мин. Квантовый выход светодиодов 810-5, 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 600оС, температура отжига 1850оС, 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) = 41018 см-3. Условия подготовки подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 2,51018, энергия 3,5 МэВ, температура облучения 300оС, температура отжига 1750оС, время отжига 10 мин.

Максимум излучения светодиодных структур лежит в спектральной области 4850А. Внешний квантовый выход был равен 110-4 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 10 нс), что обеспечивает высокую плотность записи и воспроизведения информации в оптоэлектронных системах. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



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 - 500oС, а отжиг проводят при температуре 1700 - 1800oС.