CS197826B1

CS197826B1 - Semiconductor light emmitor

Info

Publication number: CS197826B1
Application number: CS200678A
Authority: CS
Inventors: Revaz A Carmakadze; Refael I Cikovani
Original assignee: Revaz A Carmakadze; Refael I Cikovani
Priority date: 1978-03-29
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1980-05-30

Description

Vynález se týká polovodičové přístrojové techniky, jmenovitě polovodičového emitoru světla.The invention relates to semiconductor instrumentation, namely a semiconductor light emitter.

Vynález je možno využít v polovodičových injekčních emitořech světla, ukazovacích přístrojích, matricích, barevné televizi a v ovládacích obvodech, pracujících v trvalém nebo impulsním provozu.The invention can be used in semiconductor injection light emitters, indicating devices, matrices, color television and in control circuits operating in continuous or pulsed operation.

Je znám polovodičový rovinný emitor světla, u něhož je na p-vodivý křemíkový podklad nanesena vysokofrekvenční poprašovací metodou izolační polykrystalioká vrstva nitridu gallia (GaN) a na ní transparentní vrstva kysličníku india.A semiconductor planar light emitter is known in which a polycrystalline gallium nitride (GaN) insulating layer and a transparent layer of indium oxide are deposited on the p-conductive silicon substrate by a high-frequency dusting method.

Při intenzitě elektrického pole Eel0° V/cm a napájecím napětí U=10 až 30 V probíhá ve vrstvě z nitridu gallia rekombinace injektovaných nosičů náboje, vyvolávající bledě modré záření o kritické vlnové délce 0,48^iwn.At an electric field intensity Eel0 ° V / cm and a supply voltage of U = 10 to 30 V, the injected charge carriers evoke pale blue radiation at a critical wavelength of 0.48 µwn in the gallium nitride layer.

U tohoto známého emitoru světla se projevuje jako nevýhoda potřebná vysoká intenziγ ta elektrického pole, blížící se průrazné intenzitě pole, činící asi 10 V/cm, a podmíněná rekombinačním mechanismem opačných nábojů a různými jmonovateli v nitridu gallia, jejichž zdroji jsou křemíkový podklad a kovový styk.The disadvantage of this known light emitter is the high electric field intensity, approaching a breakdown field strength of about 10 V / cm, and due to the recombination mechanism of opposing charges and various mononium-ionizing agents in the gallium nitride, the sources of which are silicon and metal contact .

Kromě toho vykazuje tento známý emitor světla slabou svítivost, která je při denním světle i přes poměrně vysoké napájecí napětí (10 až 30 V) neviditelná, čímž je ome197 826In addition, this known light emitter exhibits poor luminosity, which is invisible in daylight despite the relatively high supply voltage (10 to 30 V), making ome197 826

197 826 zena oblast použitelnosti tohoto emitoru světla. U tohoto známého emitoru světla je z důvodu absorbce energie záření do křemíkového podkladu nutno vytvořit komplikovaný transparentní styk. Tím je komplikován výrobní postup přístrojů pracujících na báai tohoto známého emitoru světla.197 826 there is an area of applicability of this light emitter. In this known light emitter, complicated transparent contact is necessary to absorb the radiation energy into the silicon substrate. This complicates the manufacturing process of apparatuses based on this known light emitter.

Záměrem vynálezu je vyvinutí takového polovodičového emitoru světla, který by emitoval fialově zabarvené světlo a který by měl širokou, možnost uplatnění.It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitter that emits violet tinted light and has a wide range of applications.

Úkolem vynálezu je tudíž vytvoření polovodičového emitoru světla emitujícího fialově zabarvené světlo, viditelné i v jasně osvětleném prostoru a vznikající při napájecím napětí nižším než 8 V, a to změnou charakteru injekčního náboje v emitoru světlaSUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a semiconductor emitter of light emitting violet tinted light, visible even in a brightly lit space and arising at a supply voltage of less than 8 volts by changing the nature of the injection charge in the light emitter

Tento úkol byl vyřešen tím, že u polovodičové soustavy citlivé na světlo, v níž je na podklad nanesena vrstva z n-vodivého nitridu gallia, podle vynálezu je v podstatě podklad proveden ze safíru, přičemž je na epitaxiálně narostlou polovodivou vrstvu z monokrystalickóho nitridu gallia nanesena polovodivá vrstvy z p-vodivého nitridu hliníku vytvářejíc í s polovodivou vrstvou z nitridu gallia heterogenní injekční přechod.This object is achieved by the fact that in a light-sensitive semiconductor assembly in which a n-conductive gallium nitride layer is deposited on the substrate, the inventive substrate is essentially made of sapphire, wherein an epitaxially grown semiconductive layer of monocrystalline gallium nitride is applied semiconductive layers of p-conductive aluminum nitride forming a heterogeneous injection transition with the semiconductive layer of gallium nitride.

Je účelné, když se vrstva polovidče z polovodivého nitridu gallia anebo polovodivá vrstva z nitridu hliníku provedou jako poloizolační.It is expedient if the semiconducting gallium nitride semiconductor layer or the aluminum nitride semiconducting layer is semi-insulating.

Navržený polovodičový emitor světla se vyznačuje jasným zářením v rozmezí vlnových délek 0,43 až 0,48 mm, jednoduchou konstrukcí a výrobou.The designed semiconductor light emitter is characterized by bright radiation in the wavelength range 0.43 to 0.48 mm, simple design and manufacture.

V dalším textu je vynález blíže objasněn popisem příkladu provedení a s odvoláním na přiložené vyobrazení, znázorňující polovodičový emitor světla podle vynálezu.In the following, the invention will be explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawing showing a semiconductor light emitter according to the invention.

Polovodičový emitor světla podle vynálezu obsahuje safírový podklad 1, na který je nanesena polovodivá epitaxiální vrstva 2 z monokrystalického n-vodivého nitridu gallia (GaN). Na vrstvu 2 je nanesena další polovodivá vrstva 2 ^z p-vodivého nitridu hliníků (AIN), vytvářející s vrstvou 2 heterogenní injekční přechod 4. Na vrstvě 2 J® umístěna kovová hliníková elektroda 2 ^{a na} vrstvě 2 je umístěna druhá indiová elektroda 6.The semiconductor light emitter of the invention comprises a sapphire substrate 1 on which a semiconductive epitaxial layer 2 of monocrystalline n-conducting gallium nitride (GaN) is applied. A second semiconductive layer 2 ^of p-conductive aluminum nitride (AIN) is applied to the layer 2, forming a heterogeneous injection transition 4 with the layer 2. The metal aluminum electrode 2 is placed ^{on the} layer 2 and the second indium electrode 6 is placed ^{on the} layer 2.

Vrstva 2 z nitridu gallia je na safírovém podklade 1 vytvořena epitaxiálním nárůstem z plynné fáze monokrystalického nitridu gallia; vrstva 2 ^z nitridu hliníku je na vrstvě 2 z nitridu gallia vytvořena plasmovým postupem.The gallium nitride layer 2 is formed on the sapphire substrate 1 by an epitaxial increase from the gaseous phase of the monocrystalline gallium nitride; layer 2 ^of aluminum nitride on the layer 2 of gallium nitride is formed by plasma process.

Vrstvu 2 nebo 2 5® možno vytvořit jako poloizolační, čímž je umožněné rozšíření výrobně technických možností výroby takového emitoru světla.Layer 2 or 25 may be formed as semi-insulating, thereby enabling the manufacturing possibilities of such a light emitter to be expanded.

Při přívodu propustného posuvného proudu k elektrodám 5 ^a 6 probíhá injekce nosičů náboje do nitridu gallia, vyvolaná přítomností heterogenního injekčního přechodu 4 mezi vrstvou 2 z nitridu gallia a vrstvou 2 ^z nitridu hliníku a rekombinací nosičů náboje v uvedené vrstvě 2, Záření je vyváděno přes safírový podklad 1, jakož i z vrstvy 3 z nitridu hliníku, sloužící jako optické okno.When feeding the permeable displacement current to the electrodes 5 ^and 6 extends the injection of charge carriers into the nitride gallium induced by the presence of a heterogeneous injection transition 4 between the layer 2 of nitride of gallium and a layer 2 ^of aluminum nitride and recombination of charge carriers in said layer 2, the radiation is conveyed out through the sapphire substrate 1 as well as an aluminum nitride layer 3 serving as an optical window.

Navržený polovodičový emitor světla se vyznařuje efektivní injekcí nosičů náboje při nízké intenzitě elektrického pole v hodnotě ne vyšší než 1,5 . ΙΟ²*· V/cm, vysokou rovnoměrností záření na celé emisní ploše při posuvných napětích 2,5 až 8 V.The proposed semiconductor light emitter is characterized by an efficient injection of charge carriers at a low electric field intensity of no more than 1.5. ΙΟ ² * · V / cm, high radiation uniformity over the entire emission surface at shifting voltages of 2.5 to 8 V.

Pro dokonalé objasnění vynálezu jeou uvedeny dva příklady provedení polovodičovéhoTwo examples of semiconductor embodiments are given to illustrate the invention perfectly

197 829 emitoru světla podle vynálezu.197,829 light emitter according to the invention.

Příklad 1Example 1

Polovodičový emitor světla se skládá z těchto konstrukčních prvků:The semiconductor light emitter consists of the following components:

a) safírového podkladu ( /S-AlgO^) s orientací (0001), opracovaného mechanicky až na třídu přesnosti 14, načež je tepelně zpracován v proudu vodíku při teplotě 1500 až 1700 °c;(a) an orientation (0001) sapphire substrate (SS-AlgOO), machined mechanically to accuracy class 14, and then heat treated in a stream of hydrogen at a temperature of 1500 to 1700 ° C;

b) epitaxiální polovodičové vrstvy z monokrystálického n-vodivého nitridu gallia s koncentrací nosičů náboje asi 4.10^ cm”^, s orientací (0001), při tloušťce této vrstvy 18b) epitaxial semiconductor layer of monocrystalline n-conductive gallium nitride with a charge carrier concentration of about 4.10 ^ cm -1, orientation (0001), at a layer thickness of 18

c) polovodivé vrstvy z p-vodivého nitridu hliníku o tloušťce p,l^mjc) semiconductive layers of p-conductive aluminum nitride having a thickness of p, 1 µm

d) první elektrody o průměru 0,3 mm, vytvořené napařením hliníku na vrstvu tvořenou nitridem hliníku·d) first electrodes with a diameter of 0.3 mm, formed by steaming aluminum onto a layer of aluminum nitride;

e) druhé elektrody vytvoření netavením india na vrstvu tvořenou nitridem gallia.e) a second electrode formed by non-fusing indium to a gallium nitride layer.

Při zavedení na elektrody napětí 5 až 8 V, polovaného ve směru prostupu, se na straně safírového podkladu zjistí záření. Energie záření činí v maximu spektrálního pásma asi 2,82 eV (T=300° K).When a voltage of 5 to 8 V is applied to the electrodes polarized in the transmission direction, radiation is detected on the sapphire substrate. The radiation energy at the maximum spectral band is about 2.82 eV (T = 300 ° K).

Příklad 2Example 2

Polovodičový emitor světla se skládá z těchto konstrtikčních prvků:The semiconductor light emitter consists of the following design elements:

a) safírového podkladu (Z-AlgO^), s orientací (0001);a) sapphire substrate (Z-AlgO 4), oriented (0001);

b) epitaxiální vrstvy z n-vodivého nitridu gallia o tloušťce 8 ^^m, s koncentrací nosičů náboje asi 4.10^ cm“·^, s orientací (0001);b) an epitaxial layer of n-conductive gallium nitride having a thickness of 8 µm, with a charge carrier concentration of about 4.10 µm -1 · 4, with orientation (0001);

c) polovodivé vrstvy z p-vodivého nitridu hliníku o tloušťce 0,03 _Íxd/“íc) the semiconductive layer of p-conductive aluminum nitride thickness xd 0.03 _l / 's

d) první elektrody o průměru 0,3jtm, vytvořené napařením hliníku na vrstvu tvořenou nitridem hliníku;d) first electrodes having a diameter of 0.3 µm formed by vapor deposition of aluminum onto an aluminum nitride layer;

e) druhé elektrody, vytvořené netavením india na vrstvu tvořenou nitridem gallia.e) second electrodes formed by non-fusing indium to a gallium nitride layer.

Zavede-li se na elektrody prostupné napětí 2,5 až 5 V, zjistí se na straně safírového podkladu záření. Energie záření činí v maximu spektrálního pásma asi 2,76 eV (T«300°K).If a transmissive voltage of 2.5 to 5 V is applied to the electrodes, radiation is detected on the sapphire substrate. The radiation energy at the maximum spectral band is about 2.76 eV (T < 300 ° K).

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A semiconductor light emitter in which a layer of n-conductive gallium nitride is applied to the substrate, characterized in that the substrate (1) is made of sapphire, wherein a further semiconductive layer (2) of monocrystalline gallium nitride is applied to the epitaxially grown semiconductor layer. a layer (3) of p-conductive aluminum nitride forming a heterogeneous injection transition (4) with said first layer (2).

The semiconductor light emitter according to claim 1, characterized in that the semiconducting layer (2) of gallium nitride is semi-insulating.

3. A semiconductor light emitter according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor layer

197 828 (3) of aluminum nitride is semi-insulating.