EA018435B1 - Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры - Google Patents
Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры Download PDFInfo
- Publication number
- EA018435B1 EA018435B1 EA201201245A EA201201245A EA018435B1 EA 018435 B1 EA018435 B1 EA 018435B1 EA 201201245 A EA201201245 A EA 201201245A EA 201201245 A EA201201245 A EA 201201245A EA 018435 B1 EA018435 B1 EA 018435B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- heterostructure
- contacts
- substrate
- led
- photodiode
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 49
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 95
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 66
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 32
- QTQRGDBFHFYIBH-UHFFFAOYSA-N tert-butylarsenic Chemical compound CC(C)(C)[As] QTQRGDBFHFYIBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- ZGNPLWZYVAFUNZ-UHFFFAOYSA-N tert-butylphosphane Chemical compound CC(C)(C)P ZGNPLWZYVAFUNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- -1 arsenic butylarsine Chemical compound 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 26
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 11
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 9
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 24
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 21
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 21
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 19
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 19
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 17
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 14
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 11
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 11
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 10
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 9
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 9
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 9
- PORFVJURJXKREL-UHFFFAOYSA-N trimethylstibine Chemical compound C[Sb](C)C PORFVJURJXKREL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- GOZCEKPKECLKNO-RKQHYHRCSA-N Picein Chemical compound C1=CC(C(=O)C)=CC=C1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 GOZCEKPKECLKNO-RKQHYHRCSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N diethylzinc Chemical compound CC[Zn]CC HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001723 carbon free-radicals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- HTDIUWINAKAPER-UHFFFAOYSA-N trimethylarsine Chemical compound C[As](C)C HTDIUWINAKAPER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NGWRWXZTTCRVJE-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,6-tetrahydrophosphinine Chemical compound C1CC=CCP1 NGWRWXZTTCRVJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100400378 Mus musculus Marveld2 gene Proteins 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- KQTKYCXEDDECIZ-UHFFFAOYSA-N ethylarsenic Chemical compound CC[As] KQTKYCXEDDECIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- OHFDBBFDFZXHJQ-UHFFFAOYSA-N phenylarsane Chemical compound [AsH2]C1=CC=CC=C1 OHFDBBFDFZXHJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001330 spinodal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 239000010891 toxic waste Substances 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0083—Processes for devices with an active region comprising only II-VI compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии изготовления источников спонтанного излучения на основе полупроводниковых соединений типа ABдля спектрального диапазона 2,6-4,7 мкм и к технологии изготовления фоточувствительных структур для спектрального диапазона 2,0-4,7 мкм. По первому варианту реализации гетероструктура содержит подложку, содержащую InAs, барьерный слой, содержащий InSbP и расположенный на подложке, активный слой, содержащий InAsSbP и расположенный на барьерном слое. Светодиоды, изготовленные на основе первого варианта гетероструктуры, излучают на длине волны из диапазона 2,6-3,1 мкм. По второму варианту реализации гетероструктура содержит подложку, содержащую InAs, активную область, содержащую InAsSb и расположенную на подложке, барьерный слой, содержащий InSbP и расположенный на активной области. Активная область может содержать объёмный активный слой InAsSb, квантовые ямы InAs/InAsSb или напряжённую сверхрешётку GaInAs/InAsSb. Светодиоды, изготовленные на основе второго варианта гетероструктуры, излучают на длине волны из диапазона 3,1-4,7 мкм, а фотодиоды обладают широкополосной чувствительностью в диапазоне 2,0-4,7 мкм. В способе изготовления гетероструктуры в качестве источника мышьяка используют трет-бутиларсин, а в качестве источника фосфора используют трет-бутилфосфин.
Description
Настоящее изобретение относится к технологии изготовления источников спонтанного излучения на основе полупроводниковых соединений типа ЛШВ¥ для спектрального диапазона 2,6-4,7 мкм и к технологии изготовления фоточувствительных структур для спектрального диапазона 2,0-4,7 мкм. Светодиоды, изготовленные на основе предлагаемых гетероструктур, излучают в среднем инфракрасном диапазоне 2,6-4,7 мкм, а фотодиоды обладают широкополосной фоточувствительностью в диапазоне 2,0-4,7 мкм. Предлагаемые способ изготовления гетероструктуры, светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры обладают существенными преимуществами при использовании для изготовления датчиков, выполненных с возможностью применения для газоанализа. В частности, указанные датчики могут быть использованы для мониторинга окружающей среды, контроля технологических процессов, например для определения в жилых и промышленных помещениях углекислого газа, поглощающего излучение в диапазоне 2,64-2,87 мкм и на длине волны 4,27 мкм, и сероводорода, поглощающего излучение на длине волны 2,63 мкм. В диапазоне излучения 2,6-4,7 мкм находятся основные характеристические полосы поглощения СН-групп, в частности таких веществ, как метан, спирты. Кроме того, датчики для среднего инфракрасного диапазона могут быть использованы для медицинской диагностики, например для оптической спектроскопии, применяемой для анализа концентрации углекислого газа, ацетона и др. веществ в выдыхаемом воздухе. Кроме того, в диапазоне 2,65-2,85 находятся основные характеристические полосы поглощения воды и ее паров. При этом использование настоящего изобретения не ограничено приведенными примерами, а гетероструктура, а также светодиоды на ее основе могут быть использованы в любых других областях, в которых существует необходимость определения присутствия и/или концентрации веществ, полосы поглощения которых находятся в среднем инфракрасном диапазоне 2,64,7 мкм, а для фотодиодов - в диапазоне 2,0-4,7 мкм.
Уровень техники
Известны инфракрасные оптические датчики на основе тепловых источников ИК-излучения, которые производят компании РегкшЕ1шег, Теха81п81гишеп18, СйуТесйио1оду и др. Такие источники излучают в широком спектральном диапазоне, затем узкополосные оптические фильтры вырезают требуемый диапазон длин волн.
Недостатком известных оптических датчиков является необходимость использования оптических фильтров. Кроме того, известные оптические датчики имеют и другие недостатки, такие как высокая потребляемая электрическая мощность, низкое быстродействие, большие габаритные размеры и ограниченное время жизни тепловых источников.
Указанные недостатки известных инфракрасных оптических датчиков на основе тепловых источников ИК-излучения могут быть преодолены благодаря использованию светодиодов и фотодиодов, работающих в среднем ИК-диапазоне.
Технология создания светодиодов и фотодиодов для видимого и ближнего инфракрасного спектрального диапазонов на основе СаИ, СаАз и 1пР хорошо развита. Эти приборы обладают внутренним квантовым выходом, близким к 1. В среднем инфракрасном диапазоне гораздо сложнее получить высокий квантовый выход. Внутренний квантовый выход светодиодов, работающих в области длин волн около 3 мкм, ниже в 4-5 раз. Узкозонные соединения на основе 1пАз имеют большую диффузионную длину носителей заряда, примерно 25 мкм для электронов, обладают меньшей эффективностью излучательной рекомбинации и большей интенсивностью безызлучательных процессов.
Известен полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра (патент РФ на изобретение № 2286618, МПК Н01Ь 33/00, Н01Ь 31/12), содержащий р- и п-области с токопроводящими контактами, разделенные р-п переходом, активную область, электрически связанную с р-п переходом, и по меньшей мере один оптический модуль, оптически связанный с активной областью через оптический компаунд.
Недостатком известного полупроводникового диода является ограниченный диапазон длин волн 1,22-1,24 мкм, в котором может излучать известный диод. Длина волны излучения известного диода определяется структурой диода, диод содержит подложку п+-1пР, на которой выращен активный слой, содержащий твердый раствор 1пСаАзР. В другом примере известный полупроводниковый диод содержит подложку π'-ΙπΛδ. на которой выращена двойная гетероструктура п-1пА88ЬР/п-1пСаА8-р/р-1пЛ58ЬР. Указанный диод излучает на длине волны 3,4 мкм. Еще в одном примере известный полупроводниковый диод содержит подложку п-1пАз, на которой выращена двойная гетероструктура п-1пАз8ЬР/п1пСаАз8Ь/р-1пАз8ЬР. Указанный диод излучает на длине волны 3,9 мкм. Таким образом, использование представленных гетероструктур не позволяет получить диоды, которые излучают в диапазоне 2,6-3,3 мкм. При этом известные полупроводниковые диоды не могут быть использованы для определения присутствия и/или концентрации веществ, характеристические полосы поглощения которых лежат в указанном диапазоне, таких как вода и ее пары, углекислый газ, сероводород.
Кроме того, известные диоды создают методом жидкофазной эпитаксии. Недостатком использования метода жидкофазной эпитаксии является практическая сложность при выращивании гетероструктур с пониженной размерностью, которая обуславливает выращивание объемных слоев. Кроме того, метод жидкофазной эпитаксии из-за существования зон несмешиваемости не позволяет выращивать твердые
- 1 018435 растворы 1пЛ8§ЬР во всем диапазоне составов.
Еще одним недостатком известного диода является использование оптического модуля и оптического компаунда, что усложняет технологию производства диода и увеличивает вероятность привнесения дефектов на этапах соединения оптического модуля и светодиодного чипа.
Кроме того, известны светодиоды на основе твердых растворов 1пА§§ЬР (Т.Н. Данилова, А.Н. Именков, К.Д. Моисеев, И.Н. Тимченко, Ю.П. Яковлев. Светодиоды на основе 1пА§8ЬР для спектрального диапазона 2,6-3,0 мкм (Т=300 К)//Письма в ЖТФ, 1994, т. 20, вып. 10, с. 20-24). Структура известного светодиода, выращенная методом жидкофазной эпитаксии, содержит подложку π-ΙπΑδ. широкозонный слой п-типа, содержащий 1пА8§ЬР, активный слой р-типа, содержащий 1пА8§ЬР, и широкозонный слой ртипа, содержащий 1пА§§ЬР. Квантовый выход излучения известных светодиодов не превышает 0,020,03% при комнатной температуре и токе 50 мА. Содержание фосфора в широкозонных областях не превышает 30%.
Недостатком известных светодиодов является низкий квантовый выход.
Кроме того, известны светодиоды на основе твердых растворов 1пА§§ЬР (В.В. Романов, Э.В. Иванов, А.Н. Именков, Н.М. Колчанова, К.Д. Моисеев, Н.Д. Стоянов, Ю.П. Яковлев. Светодиоды на основе твердых растворов 1пА§§ЬР предельного состава для спектрального диапазона 2,6-2,8 мкм//Письма в ЖТФ, 2001, т. 27, вып. 14, с. 80-87). Структуры для известных светодиодов выращены методом жидкофазной эпитаксии. Известная излучающая структура содержит подложку р-1пА§, на которую последовательно наращивают барьерный слой р-типа, содержащий 1пА8§ЬР, активный слой, содержащий 1пА8§ЬР, и барьерный слой п-типа, содержащий 1пА§§ЬР. Область спинодального распада и ограничение по условию молекулярности приводят к появлению обширной области составов твердого раствора 1пА8§ЬР, недоступной для кристаллизации методами, близкими к равновесным, т.е. методами жидкофазной эпитаксии, что не позволяет создать условия для эффективного удержания носителей заряда в активной области диода. Содержание 1пР в барьерных слоях известных светодиодов, выращенных методом жидкофазной эпитаксии, не превышает 32%, причем указанное значение определено как теоретический предел, соответственно при использовании метода жидкофазной эпитаксии отсутствует возможность повысить эффективность светодиодов за счет увеличения высоты барьеров на гетерогранице между барьерным слоем и активным слоем.
Кроме того, известны светодиоды с длиной волны 3,3-3,4 мкм (А.П. Астахова, А.С. Головин, Н.Д. Ильинская, К.В. Калинина, С.С. Кижаев, О.Ю. Серебренникова, Н.Д. Стоянов, Ζδ.ΤΗοΓναΙΙι, Ю.П. Яковлев. Мощные светодиоды на основе гетероструктур 1пА8/1пА8§ЬР для спектроскопии метана (λ»3,3 мкм)//Физика и техника полупроводников, 2010, том 44, вып. 2 с. 278-284). Способ изготовления гетероструктур, раскрытый в указанном источнике, является наиболее близким аналогом настоящего изобретения. Известные светодиоды выполнены на основе гетероструктуры, которая содержит подложку, содержащую 1пА§, первый барьерный слой, содержащий 1пА8§ЬР, и активный слой, содержащий 1пА§. Кроме того, гетероструктура может содержать второй барьерный слой, содержащий 1пА8§ЬР, расположенный между подложкой и активным слоем. Гетероструктура выполнена методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений. Источниками для роста эпитаксиальных слоев известной гетероструктуры являются следующие соединения: триметилиндий - ТМ1п (источник индия), триметилстибин-ТМ8Ь (источник сурьмы), гидридные газы арсин - А§Н3 (источник мышьяка) и фосфин - РН3 (источник фосфора). Гидридные газы разбавлены до 20% в водороде. Диэтилцинк - ΌθΖη применяют для легирования эпитаксиальных слоев акцепторной примесью - цинком.
Недостатком известного способа изготовления светодиодов является то, что в качестве источников мышьяка и фосфора используют гидридные газы арсин и фосфин соответственно, которые обладают высокой токсичностью. Кроме того, реакции с участием арсина и фосфина сопровождаются побочными реакциями, которые неблагоприятно влияют на состав выращиваемой структуры и ее свойства.
Кроме того, известные светодиоды имеют максимумы излучения в ограниченном диапазоне длин волн 3,3-3,4 мкм, что существенно ограничивает количество веществ, которые могут быть определены с использованием известных светодиодов. Кроме того, барьерный слой известной гетероструктуры не позволяет надежно удерживать основные носители заряда в активной области, что снижает эффективность светодиодов и фотодиодов.
Таким образом, несмотря на известность различных гетероструктур и светодиодов на их основе для среднего ИК-диапазона, очевидна потребность в гетероструктурах, в которых барьерный слой надежно удерживает основные носители заряда в активной области и позволяет увеличить долю излучательной рекомбинации в активной области гетероструктуры. Кроме того, очевидна потребность в светодиодах на основе таких гетероструктур, которые могут быть изготовлены для работы на любой длине волны из диапазона 2,6-4,7 мкм и в фотодиодах для работы на любой длине волны из диапазона 2,0-4,7 мкм. Кроме того, очевидна потребность в реализации способа, в соответствии с которым методами газофазной эпитаксии изготавливают такие структуры без использования токсичных гидридных газов, таких как арсин и фосфин.
- 2 018435
Раскрытие изобретения
Задача заявляемого изобретения состоит в разработке способа изготовления гетероструктуры, в котором не используют токсичные и опасные газы арсин и фосфин.
Задачами изобретения также являются разработка надежной и эффективной гетероструктуры, в которой обеспечена локализация электронов в активной области;
разработка светодиода на основе указанной гетероструктуры;
разработка способа изготовления светодиода на основе указанной гетероструктуры;
разработка фотодиода на основе указанной гетероструктуры и разработка способа изготовления фотодиода на основе указанной гетероструктуры.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения указанная задача решена благодаря тому, что в первом варианте реализации способа изготовления гетероструктуры, в соответствии с которым выращивают методом газофазной эпитаксии на подложке, содержащей 1пА§, барьерный слой, содержащий 1и8ЬР, выращивают методом газофазной эпитаксии на барьерном слое активный слой, содержащий 1иЛ8§ЬР, используют в качестве источника мышьяка трет-бутиларсин, а в качестве источника фосфора используют трет-бутилфосфин.
Во втором варианте реализации способа изготовления гетероструктур, в соответствии с которым выращивают методом газофазной эпитаксии на подложке, содержащей ΙηΛδ. активный слой, содержащий 1иЛ8§Ь, выращивают методом газофазной эпитаксии на активном слое барьерный слой, содержащий 1и8ЬР, в качестве источника мышьяка используют трет-бутиларсин, а в качестве источника фосфора используют трет-бутилфосфин.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения указанная задача решена благодаря тому, что в первом варианте реализации гетероструктура содержит подложку, содержащую ΙηΛκ барьерный слой, содержащий 1и8ЬР и расположенный на подложке, активный слой, содержащий 1пА§8ЬР и расположенный на барьерном слое.
Во втором варианте реализации гетероструктура содержит подложку, содержащую ΙηΑδ, активную область, содержащую 1пА§8Ь и расположенную на подложке, барьерный слой, содержащий 1п8ЬР и расположенный на активной области.
Кроме того, согласно второму варианту реализации гетероструктуры активная область содержит объемный слой, содержащий 1пА§8Ь.
Еще в одном варианте гетероструктуры активная область содержит квантовые ямы, содержащие ΙηΑδ и 1пА§8Ь.
Еще в одном варианте гетероструктуры активная область содержит напряженную сверхрешетку, содержащую Са1пА§ и 1пА§8Ь.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения указанная задача решена благодаря тому, что светодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра содержит по меньшей мере один светодиодный чип, который выполнен на основе первого варианта гетероструктуры и который содержит первый контакт, расположенный со стороны подложки, и второй контакт, расположенный со стороны активного слоя.
Во втором варианте реализации светодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра содержит по меньшей мере один светодиодный чип, который выполнен на основе второго варианта гетероструктуры и который содержит первый контакт, расположенный со стороны барьерного слоя, и второй контакт, расположенный со стороны подложки.
В одном из вариантов реализации светодиода первый контакт выполнен сплошным, а второй контакт выполнен с частичным покрытием поверхности.
В одном из вариантов реализации светодиода второй контакт выполнен в форме круга или кольца.
В одном из вариантов реализации светодиода контакты содержат четырехслойную систему Ст/Аи/М/Аи.
Еще в одном варианте реализации светодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра содержит по меньшей мере один светодиодный чип, который выполнен на основе первого или второго варианта гетероструктуры и который содержит по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны светодиода, противоположной излучающей стороне светодиода.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения указанная задача решена благодаря способу изготовления светодиода по третьему аспекту, согласно которому берут гетероструктуру первого или второго варианта, формируют на противоположных сторонах гетероструктуры два контакта, разделяют гетероструктуру со сформированными на ней контактами с образованием светодиодных чипов.
Еще в одном варианте реализации способа изготовления светодиода, согласно которому берут гетероструктуру по первому варианту реализации или гетероструктуру по второму варианту реализации, формируют на гетероструктуре по меньшей мере два контакта со стороны подложки или по меньшей мере два контакта со стороны барьерного слоя соответственно, разделяют гетероструктуру со сформированными на ней контактами с образованием светодиодных чипов.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения указанная задача решена благодаря тому, что фо
- 3 018435 тодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра содержит по меньшей мере один фотодиодный чип, который выполнен на основе второго варианта гетероструктуры и который содержит два контакта, один из которых расположен со стороны подложки, а другой из которых расположен со стороны барьерного слоя.
В одном из вариантов реализации фотодиода один из контактов выполнен с частичным покрытием поверхности, а другой из контактов выполнен сплошным.
В одном из вариантов реализации фотодиода указанный один из контактов выполнен в форме кольца.
В одном из вариантов реализации фотодиода контакты содержат четырехслойную систему Сг/Λιι/Νί/Λιι.
Еще в одном варианте реализации фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра содержит по меньшей мере один фотодиодный чип, который выполнен на основе второго варианта гетероструктуры и который содержит по меньшей мере два контакта, выполненные со стороны фотодиода, противоположной стороне фотодиода, принимающей излучение.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения указанная задача решена благодаря способу изготовления фотодиода по пятому аспекту, согласно которому берут второй вариант гетероструктуры, формируют на противоположных сторонах гетероструктуры два контакта, разделяют гетероструктуру со сформированными на ней контактами с образованием фотодиодных чипов.
Еще в одном варианте реализации способа изготовления фотодиода по пятому аспекту, согласно которому берут второй вариант гетероструктуры, формируют на гетероструктуре по меньшей мере два контакта со стороны барьерного слоя или по меньшей мере два контакта со стороны подложки, разделяют гетероструктуру со сформированными на ней контактами с образованием фотодиодных чипов.
Технический результат
Введение в состав гетероструктуры согласно настоящему изобретению барьерного слоя, содержащего 1и8ЬР, обеспечивает удержание электронов на гетерогранице с активной областью. В результате концентрация носителей заряда и дефектов в активном слое снижена, вклад безызлучательной рекомбинации Шокли-Рида уменьшен, благодаря чему эффективность работы светодиодов и фотодиодов увеличена.
Кроме того, использование трет-бутиларсина С4Н9А8Н2 в качестве источника мышьяка вместо гидридного газа Λ§Η3 и трет-бутилфосфина С4Н9РН2 в качестве источника фосфора вместо РН3 позволяет снизить загрязнение выращенных слоев примесями, улучшить структурное совершенство эпитаксиальных структур, а также повысить безопасность и экологичность процесса выращивания гетероструктур.
Кроме того, в первом варианте светодиода согласно настоящему изобретению благодаря тому, что в указанной светодиодной структуре излучение выводится через активный слой п-1пЛ8§ЬР, обеспечена высокая эффективность. Вывод излучения из объема светодиодной структуры, минуя материал с проводимостью р-типа, позволяет избежать поглощения излучения свободными дырками, которое на порядок сильнее поглощения свободными электронами. Кроме того, предложенная конструкция светодиода обеспечивает минимальную температуру активной области при протекании тока, так как подобрана контактная система с минимальным сопротивлением.
Кроме того, во втором варианте светодиода согласно настоящему изобретению благодаря тому, что в указанной светодиодной структуре излучение выводится через сильнолегированную подложку η-ΙηΛδ. обеспечена высокая эффективность. Эффект Бурштейна-Мосса вызывает подъем уровня Ферми в подложке ΙηΛδ на величину до 100 мэВ. Подъем уровня Ферми в подложке ΙηΛδ делает ее прозрачной для излучения, генерируемого в объеме активной области. Кроме того, предложенная конструкция светодиода обеспечивает минимальную температуру активной области при протекании тока, так как точечные контакты выполнены на узкозонном сильнолегированном материале - η-ΙηΛδ, выполнена контактная система с минимальным сопротивлением, светодиодные чипы смонтированы эпитаксиальной стороной вниз, что обеспечивает эффективный теплоотвод, так как расстояние от ρ-η-перехода до металлической поверхности не превышает несколько микрометров.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлены энергетические диаграммы известных светодиодных структур двух типов (а и б);
на фиг. 2 представлена схема первого варианта гетероструктуры согласно настоящему изобретению;
на фиг. 3 представлена схема второго варианта гетероструктуры согласно настоящему изобретению;
на фиг. 4 представлена схема эпитаксиальной установки для выращивания структур методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений;
на фиг. 5 представлена дифракционная кривая качания твердого раствора ΙηΛ8ο,27^ο,23Ρο,5;
на фиг. 6 представлена дифракционная кривая качания твердого раствора 1п8Ь0,32Р0_68;
на фиг. 7 представлена схема расположения контактных площадок для проведения измерений.
Ниже представлены примеры реализации изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи.
- 4 018435
Указанные примеры служат для иллюстрации изобретения, но при этом не могут рассматриваться в ограничительном смысле. Объем защиты изобретения определен и ограничен формулой изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 представлены энергетические диаграммы известных светодиодных структур. На фиг. 1(а) представлена известная структура первого типа, выращенная на подложке р-типа, содержащей ΙηΆδ и легированной цинком. Эпитаксиальная часть структуры состоит из барьерного слоя 1пА80,278Ь0,23Р0,5, легированного цинком, нелегированной активной области ΙηΑδ и нелегированного барьерного слоя 1пА80,278Ь0,23Р0,5. Толщины эпитаксиальных слоев следующие: активная область ΙηΑδ - 2 мкм, нижний барьерный слой 1пА§8ЬР - 1 мкм, верхний барьерный слой 1пА§8ЬР - 2 мкм. Сплошной омический контакт сформирован со стороны подложки, а точечный контакт диаметром 100 мкм - со стороны эпитаксиального слоя.
На фиг. 1(б) представлена известная структура второго типа, выращенная на подложке η-типа, содержащей 1пА§ и легированной серой. Эпитаксиальная часть структуры состоит из преднамеренно не легированного слоя 1пА§ толщиной 2 мкм и легированного цинком барьерного слоя 1пА80,278Ь0,23Р0,5 толщиной 2 мкм. р-п-Переход расположен в активной области 1пА§ на расстоянии 0,5 мкм от границы подложка - эпитаксиальная часть структуры. Сплошной контакт нанесен со стороны эпитаксиальных слоев, а точечные контакты диаметром 100 мкм сформированы со стороны подложки. Светодиодные чипы в результате смонтированы эпитаксиальной стороной вниз.
Работу светодиода можно представить как совокупность процессов диффузии неосновных носителей заряда, рекомбинации на гетерогранице активной области и барьерных слоев, излучательной и безызлучательной рекомбинации в объеме активной области, самопоглощения излучения в активной области диода и выхода генерируемого излучения из объема полупроводника. Большая диффузионная длина носителей заряда означает значительное влияние интерфейсной рекомбинации на работу светодиода. Уменьшить радикально интерфейсную рекомбинацию путем увеличения толщины активной области не удается, так как это ведет к усилению самопоглощения излучения в активной области. Общую скорость рекомбинации в объеме активной области диода можно выразить следующим уравнением:
Р|о1 = С(А 7КНП+Вгн7к+СЛ||деГ п’)б.
где п - концентрация носителей заряда в активной области;
е - заряд электрона;
б - толщина активной области.
Общая рекомбинация включает в себя безызлучательный процесс Шокли-Рида (Азкнп), излучательную рекомбинацию (Вгабп2), безызлучательную Оже-рекомбинацию (САидегп3). Из уравнения можно сделать вывод, что безызлучательная рекомбинация Шокли-Рида, пропорциональная п, преобладает при низких уровнях инжекции. Безызлучательная Оже-рекомбинация, пропорциональная п3, преобладает при высоких уровнях инжекции. Светодиоды на основе 1пА§ работают в режимах, когда плотность инжектированных носителей сопоставима с концентрацией носителей заряда в преднамеренно нелегированном материале и составляет величину примерно 1016 см-3. Рекомбинация Шокли-Рида, вызванная наличием примесей и дефектов в структуре, таким образом, становится серьезным препятствием на пути улучшения эффективности светодиодов и должна быть минимизирована.
Для улучшения структурного совершенства эпитаксиальных структур, снижения вероятности безызлучательных процессов Шокли-Рида и увеличения квантовой эффективности излучательной рекомбинации светодиодов согласно настоящему изобретению предложена гетероструктура, в которой барьерный слой содержит 1п8ЬР.
На фиг. 2 представлена схема первого варианта гетероструктуры согласно настоящему изобретению. Гетероструктура 10 содержит подложку 1, содержащую 1пА§ и легированную цинком с концентрацией носителей заряда р примерно 2х1018 см-3, расположенный на подложке 1 барьерный слой 2, содержащий 1п§Ь1-гР2 и легированный цинком до концентрации носителей заряда р примерно 1-3х1018 см-3, расположенный на барьерном слое 2 активный слой 3 с толщиной примерно 2 мкм, содержащий 1пА51-х-у8ЬхРу и преднамеренно нелегированный с концентрацией носителей заряда η примерно 2-4х1017 см-3. Содержание 1пР в барьерном слое 2 составляет примерно 68%, содержание 1п8Ь в барьерном слое 2 составляет примерно 32%. Длина волны излучения светодиода и требование сохранения изопериодности между слоями эпитаксиальной структуры и подложкой определяет необходимое содержание 1пР и 1п8Ь в твердом растворе 1пА§8ЬР. Сопоставление дифракционных кривых качания образцов и результатов измерений элементного состава твердых растворов 1пА§1-х-у8ЬхРу показало, что совпадение параметров решетки слоя 1пА81-х-у8ЬхРу и подложки 1пА§ происходит в случае, если соотношение между мольными долями 1пР и 1п8Ь в твердой фазе у/х=2,1. Мольные доли 1пР и 1п8Ь в активном слое изменяют в зависимости от длины волны светодиода и для длины волны примерно 2,6 мкм мольные доли составляют, соответственно, у=25%, х=12%. С увеличением длины волны излучения доля 1пР и 1п8Ь снижается. Для длины волны 3,0 мкм мольные доли составляют соответственно у=11%, х=5%. В используемых структурах величина рассогласования параметров решетки барьерного слоя 2, содержащего 1п8ЬР, и активного слоя 3, содержащего 1пА8§ЬР, составляет Да/а меньше 2х10-4. Барьерный слой 2, содержащий
- 5 018435
ΙηδΒΡ, способствует более надежному удержанию носителей заряда в объеме активной области гетероструктуры 10, а также приводит к минимизации безызлучательных процессов в активной области, в сравнении с барьерным слоем ΙηΆδδΓΡ известных гетероструктур. Гетероструктуру 10, представленную на фиг. 2, используют согласно настоящему изобретению для создания светодиодов для работы в диапазоне длин волн 2,6-3,1 мкм.
На фиг. 3 представлена схема второго варианта гетероструктуры согласно настоящему изобретению. Гетероструктура 11 содержит подложку 4, содержащую ΙηΆδ и легированную серой с концентрацией носителей заряда η примерно 2х1018 см-3, расположенную на подложке 4 преднамеренно нелегированную активную область 5 толщиной примерно 2 мкм и расположенный на активной области 5 барьерный слой 6, содержащий ΙηδΓΡ илегированный цинком до концентрации р примерно 1-3х1018 см-3. Содержание ΙηΡ в барьерном слое 6 составляет примерно 68%, содержание 1нЗЬ в барьерном слое 6 составляет примерно 32%. В одном из вариантов гетероструктуры 11 активная область 5 содержит объемный слой, содержащий ΙηΛώό с мольной долей Ιηδό в активной области до 15%. В еще одном варианте гетероструктуры 11 активная область 5 содержит квантовые ямы ΙηΆδ/ΙηΆδδΓ. Причем квантовая яма представляет собой тонкий плоский слой полупроводникового материала (обычно толщиной 1-10 нм), внутри которого потенциальная энергия электрона ниже, чем за его пределами, таким образом, движение электрона ограничено в одном измерении. Согласно законам квантовой механики энергия электронов в такой яме квантуется, т.е. может принимать только некоторые дискретные значения. Еще в одном варианте гетероструктуры 11 активная область 5 содержит напряженные сверхрешетки ΟαΙηΑδ/ΙηΛώό. Толщина объемного слоя ΙηΆδδΓ в активной области составляет примерно 2,5 мкм. В случае использования в активной области чередующихся квантово-размерных слоев ΙηΆδ/ΙηΆδδΓ или ΟαΙηΛδ/ΙηΛδδό толщина каждого из слоев составляет, например, 10 нм, а общее количество периодов составляет примерно 108. Из-за диффузии цинка вглубь эпитаксиальной структуры во время роста слоя ΙηδΓΡ ρ-η переход расположен в активной области на расстоянии 0,3 мкм от границы подложка ΙηΆδ - эпитаксиальная часть структуры. Предложенная гетероструктура 11 позволяет увеличить квантовую эффективность излучательной рекомбинации на 20% по сравнению с образцами на основе известной объемной гетероструктуры ΙηΆδ/ΙηΆδδϋΡ и создать фотодиоды с высокими значениями ампер-ваттной чувствительности. Кроме того, барьерный слой 6, содержащий ΙηδΓΡ, способствует более надежному удержанию носителей заряда в объеме активной области 5 гетероструктуры 11, а также приводит к минимизации безызлучательных процессов в активной области 5 в сравнении с барьерным слоем ΙηΆδδΓΡ известных гетероструктур. Использование квантовых ям ΙηΆδ/ΙηΆδδΓ, а также напряженных сверхрешеток ΟαΙηΛδ/ΙηΛδδό позволяет смягчить по сравнению с объемными структурами проблему возникновения дислокаций несоответствия. Квантоворазмерные структуры также позволяют снизить безызлучательные Оже-процессы. Для изготовления гетероструктуры для работы на длине волны 3,4 мкм формируют объемный слой ΙηΆδδΓ с мольной долей Ιηδό примерно 0% в активной области. Длину волны 3,2 мкм можно получить, применяя сверхрешетку ΟαΙηΛδ/ΙηΛδ. Причем при использовании второго варианта гетероструктуры одну и ту же длину волны можно получить разными способами. Например, длине волны 4,4 мкм соответствует активная область, выполненная в виде объемного слоя ΙηΆδδΓ с мольной долей Ιηδό примерно 8,5%, или активная область, выполненная в виде квантовых ям ΙηΆδ/ΙηΆδδΓ (толщина ямы составляет примерно 10 нм) с мольной долей Ιηδό примерно 11%. Гетероструктуру 11, представленную на фиг. 3, используют согласно настоящему изобретению для создания светодиодов для работы в диапазоне длин волн 3,1-4,7 мкм и фотодиодов для работы в диапазоне длин волн 2,0-4,7 мкм. Причем фотодиоды на основе второго варианта гетероструктуры работают и на более коротких длинах волн.
Кроме того, ширина запрещенной зоны Ед барьерного слоя 2, 6, содержащего ΙηδόΡ. согласно настоящему изобретению составляет 0,7 эВ, как показано на фиг. 2 и 3 соответственно, и превышает ширину запрещенной зоны барьерного слоя ΙηΆδδΓΡ известной гетероструктуры, которая составляет 0,61 эВ, как показано на фиг. 1. Таким образом, улучшено ограничение для электронов в активной области диода.
В зависимости от длины волны, на которой должны работать светодиоды и фотодиоды, согласно настоящему изобретению может быть выбран первый или второй вариант гетероструктуры. Выбор второго варианта гетероструктуры для создания светодиодов для работы в спектральном диапазоне 3,1-4,7 мкм обусловлен следующими причинами. Длина волны 3,1 мкм является приблизительной границей, начиная с которой возможен вывод излучения через подложку ΙηΆδ. В сильнолегированной подложке η-ΙηΛδ из-за эффекта Бурштейна-Мосса подъем уровня Ферми может достигать 100 мэВ, что делает ее прозрачной для излучения с длиной волны по меньшей мере 3,1 мкм. Прозрачность подложки позволяет при фотолитографии эпитаксиальных структур наносить сплошной контакт со стороны выращенных слоев и монтировать светодиоды эпитаксиальной стороной вниз. При монтаже таким способом значительно улучшен теплоотвод, так как р-η переход расположен на расстоянии несколько микрометров от держателя, т.е. обеспечена минимальная локальная температура в активной области при протекании тока. Для светодиодов с длиной волны более 3,3-3,4 мкм не представляется возможным подобрать состав активной области, изопериодный к подложкам ΙηΆδ. Возможно использование в активной области объемных слоев, неизопериодных с подложкой ΙηΆδ, и квантовых ям, смягчающих напряжения или компен
- 6 018435 сирующих напряжения сверхрешеток.
Кроме того, гетероструктуры согласно настоящему изобретению не ограничены использованием в качестве легирующих примесей указанных выше веществ, также могут быть использованы любые другие легирующие примеси, обеспечивающие требуемое содержание носителей заряда в слое.
Гетероструктуру согласно настоящему изобретению изготавливают способом, в котором используют газофазную эпитаксию из металлоорганических соединений. Кроме того, специалист в данной области техники может изготовить представленные варианты гетероструктур на любом оборудовании для газофазной эпитаксии. Следует отметить, что способ не ограничен газофазной эпитаксией, также гетроструктуры могут быть изготовлены с использованием методов молекулярно-лучевой эпитаксии, жидкофазной эпитаксии или любым другим способом, которым можно изготовить гетероструктуры с конструкцией согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что согласно настоящему изобретению наиболее предпочтительно использование метода газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений.
На фиг. 4 представлена схема эпитаксиальной установки 20 для выращивания структур методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (ГФЭ МОС). Установка 20 содержит систему управления газовыми потоками (не показана), линию 21 обдува, сбросовую линию 22, основную линию 23, реакционную камеру 24, нагреватель 34 для нагрева подложки и систему переработки токсичных отходов, содержащую печи 25 дожига и фильтры 26. На фиг. 4 показана магистраль 27 подачи водорода и магистраль 28 подачи азота. Кроме того, на фиг. 4 показаны емкости 33 с металлоорганическими соединениями, регуляторы 32 расхода газа, вентили 31, барбатеры 30 и клапаны 29.
Газовая система, необходимая для приготовления и подачи в реакционную камеру 24 парогазовой смеси, состоит из емкостей 33 с металлоорганическими соединениями, термостатов для поддержания металлоорганических соединений при заданной температуре (не показаны), регуляторов 32 расхода газа, клапанов 29 и вентилей 31 для особо чистых сред.
В магистралях 27 основного потока водорода, а также в магистралях, ведущих к питательным устройствам - емкостям 33 с металлорганическими соединениями, установлены регуляторы 32 расхода газа. Регуляторы 32 расхода газа представляют собой систему автоматического регулирования расхода газа, имеющую электрический выходной сигнал с напряжением от 0 до 10 В, пропорциональный расходу газа. Питательные устройства также являются частью газовой системы. Принцип работы питательного устройства основан на том, что водород, проходя через слой жидкости или порошка, создает сложную парожидкостную смесь. Состав смеси управляется потоком проходящего водорода и температурой металлорганического соединения. В реакционной камере 24 при атмосферном или несколько пониженном давлении (примерно 150 мм рт.ст.) металлоорганические компоненты смешивают.
Металлорганические соединения (МОС) представляют собой широкий класс веществ, содержащих металл-углеродные связи и координационные соединения металлов с органическими молекулами.
Металлорганические соединения, представляющие интерес для выращивания полупроводниковых пленок, при комнатной температуре в большинстве своем являются жидкостями, хотя некоторые из них при этой и даже более высокой температуре остаются в твердой фазе. Металлорганические соединения обычно имеют относительно высокое давление паров и легко могут быть доставлены в реактор 24 путем пропускания газа-носителя, например азота, водорода, аргона или гелия, через жидкость или над твердым телом, которые являются источниками.
В ГФЭ МОС технологии кристаллизация на поверхности подложки осуществляется в результате термического разложения и взаимодействия компонентов в газовой фазе. Монокристаллическую подложку размещают на нагреваемом держателе. Газовая смесь вблизи поверхности подложки нагревается до высоких температур, в то время как стенки реакционной камеры 24 остаются относительно холодными, что приводит к осаждению полупроводниковой пленки на кристаллической подложке при малых потерях реагирующих веществ на поверхности реакционной камеры 24. Параметрами газовой смеси можно управлять с помощью электронной системы, контролирующей скорость потока от каждого из источников.
Выращивание слоев гетероструктуры согласно настоящему изобретению является следствием разложения отдельных молекул, содержащих элементы третьей и пятой групп. Динамика газового потока в реакторе при атмосферном или близком к атмосферному давлении приводит к образованию пограничного слоя у неподвижной поверхности подложки. Разложение реагентов происходит в горячем пограничном слое, через который молекулы проникают к подложке, или на самой поверхности подложки. Толщина пограничного слоя растет в направлении потока. Поступающая газовая смесь содержит большую концентрацию реагентов, чем было бы в случае равновесия с подложкой при температуре роста, т.е. газ сильно пересыщен, но на границе газ - твердое тело устанавливается равновесие. Реагенты, диффундируя сквозь пограничный слой, разлагаются, высвобождая атомы веществ, необходимых для роста слоя. Если скорость диффузии через пограничный слой превышает скорость разложения реагентов, то заметное влияние на рост пленки оказывает кинетика поверхностных процессов.
Легирование растущего эпитаксиального слоя при ГФЭ МОС осуществляют путем введения в газовый поток соответствующего реагента. Реагент диффундирует через пограничный слой точно так же, как
- 7 018435 основные реагенты, создающие слой. Встраивание примесей в кристаллическую решетку может определяться поверхностными реакциями, такими как адсорбция - десорбция или поверхностный катализ, или термохимией реагентов. Для легирования соединений А3В5 примесями р-типа обычно используют цинк и магний, содержащие металлоорганические соединения, а для легирования примесями η-типа металлоорганические реагенты на основе теллура, олова или селена. Возможно также использование для легирования эпитаксиальных слоев гидридов, например Н28е, 8ίΗ4.
Метод ГФЭ МОС позволяет получать структуры равномерной толщины на подложках большой площади. Данным методом возможен синтез пленок толщиной в несколько атомных слоев.
В качестве исходных материалов в способе изготовления гетероструктур согласно настоящему изобретению используют триметилиндий (ΤΜΙη) в качестве источника индия, триметилстибин (ТМ8Ь) в качестве источника сурьмы, триметилгаллий (ТМСа) в качестве источника галлия, трет-бутиларсин (С4Н9АьН2) в качестве источника мышьяка, трет-бутилфосфин (С4Н9РН2) в качестве источника фосфора, диэтилцинк (Эе2п) в качестве источника легирующей примеси - цинка.
В известном способе изготовления структур используют гидридные газы, такие как арсин (АьН3) в качестве источника мышьяка и фосфин (РН3) в качестве источника фосфора. Арсин (АьН3) и фосфин (РН3) являются наиболее распространенными источниками мышьяка и фосфора в ГФЭ МОС технологии, несмотря на высокую токсичность и склонность к побочным реакциям. Неизбежно возникают определенные трудности при работе с баллонами, содержащими токсичный газ под высоким давлением. Металлоорганические соединения значительно менее опасны в обращении, их размещают в бочках из нержавеющей стали при атмосферном давлении.
Отмеченная выше склонность гидридов к побочным реакциям вызывает значительные трудности при попытках воспроизводимого получения слоев Ιη-содержащих соединений. При выращивании ΙηΑδ реакции в газовой смеси, содержащей ΤΜΙη и АьН3, приводят к образованию неустойчивого соединения 1пК3РН3, где К - алкил, спонтанно разлагающегося с образованием нелетучего полимера (1пКРН)п, и газообразного СН4. Полимер осаждается на подходе к зоне роста в реакторе, приводя к снижению эффективности роста и однородности состава эпитаксиального слоя. Кроме того, стенки входного отверстия реактора играют роль катализатора при разложении аддукта, поэтому степень разложения чувствительна к малым изменениям характера поверхности. В результате процесс может идти по-разному в разных системах и даже в одной системе, но в разные моменты времени. Выращиваемый таким способом ΙηΑδ в отношении электрических свойств и морфологии характеризуется невысоким и нестабильным качеством.
Для улучшения структурного совершенства эпитаксиальных слоев в соответствии со способом изготовления гетероструктуры согласно настоящему изобретению предложена замена гидридных газов арсина и фосфина на альтернативные источники мышьяка и фосфора. Различные металлоорганические соединения, такие как триметиларсин (ТМАь), трет-бутиларсин (ТВАь), фениларсин (РйАь), моноэтиларсин (МЕАь), трет-бутилфосфин (ТВР), могут быть использованы для замены арсина и фосфина в ГФЭ МОС.
Металлоорганические соединения также являются источниками примесей, которые могут встраиваться в эпитаксиальный слой и влиять на электрические свойства, концентрацию и подвижность носителей заряда. Влияние побочных примесей снижают путем улучшения технологии изготовления и очистки металлоорганического соединения. Примесью естественного происхождения является углерод, являющийся частью продуктов неполного разложения Ιη-содержащих металлоорганических соединений радикалов типа Ιη-ί'Ή,..
Уровень загрязнения эпитаксиального слоя углеродом определяется соотношением между достигающими поверхности радикалами АьНх и Аь. Радикалы типа Аь-Н2, Аь-Н, являющиеся продуктами разложения источника мышьяка, уменьшают загрязнение эпитаксиального слоя углеродом благодаря тому, что они связываются с соединениями типа Ιη-ί.Ή,., которые являются продуктами неполного разложения Ιη-содержащих МОС и не дают им встраиваться в выращиваемый слой.
Использование трет-бутиларсина С4Н9АьН2 в качестве источника Аь вместо гидридного газа АьН3 и трет-бутилфосфина С4Н9РН2 в качестве источника Р вместо РН3 позволяет снизить встраивание углеродных радикалов в растущий слой. Хотя трет-бутиларсин и трет-бутилфосфин являются металлоорганическими соединениями и соответственно вносят дополнительный углерод в газовую фазу, реакции над подложкой приводят к взаимной нейтрализации углеродных радикалов и снижению загрязнения эпитаксиального слоя углеродом. Благодаря использованию способа изготовления гетероструктур согласно настоящему изобретению концентрация носителей заряда и дефектов в активном слое снижена, вклад безызлучательной рекомбинации Шокли-Рида уменьшен, что приводит к улучшению эффективности работы светодиодов и фотодиодов.
На фиг. 5 и 6 представлены дифракционные кривые качания соответственно известного твердого раствора IηΑь0^278Ь0^23Ρ0^5, выращенного с использованием гидридных источников на подложке IηΑь (100), и барьерного слоя Ιηδ^,32Ρ0,68 согласно настоящему изобретению, выращенного также на подложке IηΑь (100), но с использованием трет-бутиларсина и трет-бутилфосфина. Появление нескольких пиков на дифракционной кривой качания образцов, показанных на фиг. 5 и выращенных с использованием гидридов, связано, вероятно, с распадом на отдельные фазы твердых растворов IηΑьδЬΡ. На фиг. 6 показана
- 8 018435 дифракционная кривая качания с узким и ярко выраженным одиночным пиком. Таким образом, наблюдается улучшение структурного совершенства эпитаксиальных слоев в случае использования металлорганических источников А§ и Р - трет-бутиларсина и трет-бутилфосфина. Улучшение структурного совершенства эпитаксиальных структур снижает вероятность безызлучательных процессов Шокли-Рида и увеличивает квантовую эффективность излучательной рекомбинации светодиодов.
Способ изготовления гетероструктур методом газофазной эпитаксии согласно настоящему изобретению содержит следующие предварительные этапы: загрузку готовой к эпитаксии подложки (ерьтеабу) в реакционную камеру 24, продувку реакционной камеры 24 инертным газом - азотом в течение 20 мин, подачу в реакционную камеру 24 водорода, откачку реакционной камеры 24 (процедуру проводят с целью проверки герметичности реакционной камеры 24), выключение насоса и подачу водорода в реакционную камеру 24, измерение точки росы водорода в течение 2 мин (процедуру проводят с целью проверки чистоты газа-носителя водорода и герметичности соединений газораспределительной системы), разогрев подложки до температуры 350°С и снятие оксидной пленки с поверхности подложки в течение 5 мин, запуск в реактор трет-бутиларсина, разогрев подложки под потоком трет-бутиларсина до температуры 600°С и отжиг в течение 5 мин, во время которого происходит дополнительная очистка поверхности подложки, охлаждение подложки до температуры роста эпитаксиальной структуры 530°С.
Для выращивания первого варианта гетероструктуры согласно настоящему изобретению на подложке 1, содержащей 1иА§, выращивают барьерный слой 2, содержащий 1и8ЬР. Для роста барьерного слоя 2 подают в реакционную камеру 24 посредством газа-носителя триметилиндий, триметилстибин, трет-бутилфосфин и диэтилцинк. При достижении толщины примерно 1-2 мкм барьерного слоя 2 подачу газов отключают. Реакционную камеру 24 продувают водородом. Для выращивания на барьерном слое 2 активного слоя 3, содержащего 1иА8§ЬР, подают в реакционную камеру 24 посредством газа-носителя триметилиндий, трет-бутиларсин, триметилстибин и трет-бутилфосфин. При достижении толщины активного слоя 3, равной 2 мкм, подачу газов отключают кроме трет-бутиларсина и трет-бутилфосфина. Выращенная структура остывает до температуры 400°С под потоком трет-бутиларсина и третбутилфосфина. При достижении температуры 400°С трет-бутиларсин и трет-бутилфосфин выключают и дальнейшее охлаждение выращенной гетероструктуры до комнатной температуры происходит под потоком водорода. Разгрузка реакционной камеры 24 происходит после продувки инертным газом, например азотом, в течение 20 мин.
Для выращивания второго варианта гетероструктуры согласно настоящему изобретению на подложке 4, содержащей 1иА§ и легированной серой, выращивают активную область 5. В одном из вариантов активная область 5 представляет собой объемный активный слой, содержащий 1иА8§Ь. Для роста указанного активного слоя подают в реакционную камеру 24 посредством газа-носителя триметилиндий, трет-бутиларсин, триметилстибин.
Еще в одном варианте активная область 5 содержит квантовые ямы 1иА8/1иА8§Ь. Для роста слоев, образующих указанные квантовые ямы, подают в реакционную камеру 24 посредством газа-носителя триметилиндий, трет-бутиларсин с периодической подачей триметилстибина. Триметилстибин подают в течение 15 с и затем отключают на 30 с.
Еще в одном варианте активная область 5 представляет собой напряженную сверхрешетку Са1иА8/1иА8§Ь. Для роста указанной сверхрешетки подают в реакционную камеру 24 посредством газаносителя триметилиндий, трет-бутиларсин с попеременной подачей и триметилгаллия и триметилстибина. Триметилгаллий подают в течение 30 с, затем отключают и одновременно с отключением триметилгаллия подают триметилстибин в течение 15 с.
При достижении толщины примерно 1-2 мкм активной области 5 подачу газов кроме третбутиларсина отключают. Реакционную камеру 24 продувают водородом. Для выращивания на активной области 5 барьерного слоя 6, содержащего 1и8ЬР, подают в реакционную камеру 24 посредством газаносителя триметилиндий, триметилстибин, трет-бутилфосфин и диэтилцинк. При достижении толщины барьерного слоя 6, равной 2 мкм, подачу газов кроме трет-бутиларсина и трет-бутилфосфина отключают. Выращенная структура остывает до температуры 400°С под потоком трет-бутиларсина и третбутилфосфина. При достижении температуры 400°С трет-бутиларсин и трет-бутилфосфин выключают и дальнейшее охлаждение выращенной структуры до комнатной температуры происходит под потоком водорода. Разгрузка реакционной камеры 24 происходит после продувки инертным газом азотом в течение 20 мин.
Время подачи газов и соответственно время роста, необходимое для получения слоя конкретной толщины, может быть определено экспериментально. В случае, когда оборудование для газофазной эпитаксии позволяет в режиме реального времени контролировать толщину слоя и соответственно время роста какими-либо известными средствами, экспериментально полученное время может быть учтено в качестве предварительного.
Для формирования светодиодного или фотодиодного чипа проводят постростовую обработку гетероструктур, которая включает фотолитографические процессы и операции формирования омических контактов.
Формирование омических контактов к эпитаксиальной структуре является составной частью техно
- 9 018435 логического процесса изготовления полупроводникового прибора, например светодиода или фотодиода. Омические контакты осуществляют электрическую связь между диодом и внешней цепью. Контакт металл-полупроводник является омическим, если он невыпрямляющий, т.е. сопротивление контакта неизменно при смене направления электрического тока, и обладает линейной вольт-амперной характеристикой, т.е. сопротивление контакта не зависит от значения протекающего тока. К омическим контактам предъявляют следующие требования. Контакт должен обладать малым сопротивлением в направлении как перпендикулярном, так и параллельном плоскости р-п-перехода; не инжектировать неосновные носители заряда; не проникать глубоко в полупроводник. Материал, используемый для изготовления контакта, должен представлять с полупроводником стабильную физико-химическую систему; иметь высокую теплопроводность; быть нейтральным к полупроводнику или являться примесью того же типа, что и примеси, содержащиеся в полупроводнике - донором для электронного полупроводника и акцептором для дырочного; обеспечивать высокую механическую прочность контакта. От выполнения указанных выше требований зависят электрические свойства приборов и стабильность их работы в широком диапазоне изменения условий эксплуатации.
Необходимо отметить, что изготовление контакта, удовлетворяющего всем предъявляемым требованиям, практически неосуществимо. Причина заключается в противоречивости требований: контакт металла с полупроводником должен быть прочным, но металл не должен глубоко проникать в эпитаксиальную структуру; материал контакта должен быть инертным и одновременно обладать способностью восстановления оксидной пленки полупроводника, так как без этого не может быть получено удовлетворительное контактное сопротивление.
Для получения контактов высокого качества целесообразно применение многослойных систем. В качестве примера такой системы может быть приведен контакт типа Сг (80 А) - Аи (300 А) - N1 (500 А) Аи (1000 А), который может быть сформирован на гетероструктурах согласно настоящему изобретению. Первый слой хрома, контактирующий с полупроводником, обеспечивает малую глубину проникновения контакта вглубь эпитаксиальной структуры, восстанавливает окисные пленки и обеспечивает хорошую адгезию наносимого на него последующего слоя золота. Указанные слои хрома и золота формируют основную часть контактной системы. Золото, химически инертный металл, обладающий высокой проводимостью, применяется для формирования последнего верхнего проводящего слоя. Применение пленки никеля необходимо для исключения взаимодействия между контактным и проводящим слоями и снижения диффузии золота вглубь структуры.
Омические контакты должны обладать малым сопротивлением, чтобы снизить количество теплоты, выделяемое при пропускании электрического тока. Различные контактные системы были исследованы применительно к следующим материалам: преднамеренно нелегированные эпитаксиальные слои п-1пА§32 с концентрацией электронов примерно 2х1016 см-3, п-1пА80,538Ь0,15Р0,32 с концентрацией электронов при173 183 мерно 1,3x10 см-, подложки р-1пА§ с концентрацией дырок примерно 5x10 см- и легированные цинком эпитаксиальные слои р-1пА80,538Ь0,15Р0,32 с концентрацией дырок примерно 2х1018 см-3. Как показано на фиг. 7, к выбранным материалам изготовлены контактные площадки 50 размером 300x100 мкм2, расположенные последовательно с интервалом от 4 до 100 мм. Предпочтительно методом шариковой термокомпресии (Ьа11 Ьопбшд) проводящие элементы 51 приварены к разным контактным площадкам 50. Кроме того, контакты проверены на отрыв. Измеряли сопротивление контактной системы в зависимости от расстояния между контактами. Прямая линия, проведенная через экспериментальные точки, отсекала на оси ординат значение, равное удвоенному сопротивлению контактной площадки. Сопротивление толщи полупроводников, выбранных для измерений, оказалось пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением контактов. Результаты исследований режимов вжигания контактных систем отражены в табл. 1-4. В табл. 1 приведено сопротивление контактов, присоединенных к подложке р-1пА§ (100) с концентрацией дырок примерно 5х1018 см-3. В табл. 2 приведено сопротивление контактов, присоединенных к слою р-1пА80,538Ь0,15Р0,32 с концентрацией дырок примерно 2х1018 см-3. В табл. 3 приведено сопротивление контактов, присоединенных к эпитаксиальному слою π-ΙπΛδ с концентрацией электронов в слое примерно 1 х 1016 см-3. В табл. 4 приведено сопротивление контактов, присоединенных к эпитаксиальному слою п-1пА80,538Ь0,15Р0,32 с концентрацией электронов примерно 1,3х 1017 см-3.
Таблица 1
| Контактные системы | Сопротивление, Ом | ||||
| Температура вжигания, °С | |||||
| Без вжигания | 250 | 300 | 350 | 400 | |
| Οί-ΑιιΖη(25 %)-Νί -Аи | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,4 |
| Οί-ΑϋΖη(5 %)-ΝΪ-Αϋ | 5 | 0,4 | 0,7 | 0,4 | |
| Аигп (5 %) | 0,7 | 0,7 |
- 10 018435
Таблица 2
| Контактные системы | Сопротивление, Ом | ||||
| Температура вжигания, °С | |||||
| Без вжигания | 250 | 300 | 350 | 400 | |
| Ογ-ΑιιΖπ(25 %)-Νί -Аи | 1,1 | 0,9 | 0,4 | 0,3 | 0,25 |
| Ογ-ΑιιΖπ(5 %)-Νί-Αυ | 1,2 | 0,18 | 0,22 | 0,18 |
Таблица 3
| Контактные системы | Сопротивление, Ом | ||||
| Температура вжигания, °С | |||||
| Без вжигания | 250 | 300 | 350 | 400 | |
| Сг-Аи-Νί-Αυ | 23 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,4 |
| АиСе(12%) - Νί | 3,5 | 0,4 | 0,7 | 0,4 | |
| Аи<3е(1 %)-Νί-Αυ | 3,5 | 3,2 | 1,6 | 2,5 | |
| АиТе(5 %) | 3,5 | 4,5 | 3,5 | 3,2 | |
| АиТе-Ы1-Аи | 1,4 | 1 | 0,7 | 0>7 |
Таблица 4
| Контактная система | Сопротивление, Ом | |
| Температура вжигания, °С | ||
| Без вжигания | 250 | |
| Сг-Аи-Νί-Αϋ | 3,5 | 9 |
Анализируя результаты измерений, можно отметить высокое качество контактов, присоединенных к сильно легированным материалам ρ-ΙηΑδ и р-1иА5§ЬР. Из исследованных материалов минимальное контактное сопротивление с преднамеренно нелегированным слоем арсенида индия (концентрация электронов составляет примерно 2х1016 см-3) обеспечивает контактная система Сг-Аи-Νί-Αυ. Приведенное сопротивление, рассчитываемое как произведение сопротивления контакта на его площадь, при оптимальном режиме вжигания составляет примерно 1 х 10-4 Ом-см2
Процесс изготовления светодиодного или фотодиодного чипа на основе эпитаксиальной структуры с контактами Сг-Аи-№-Аи включает в себя следующие операции. Гетероструктуру обрабатывают в ацетоне, затем обезжиривают в четыреххлористом углероде и изопропиловом спирте и отжигают при температуре 130°С в течение 30 мин.
Далее проводят фотолитографию для формирования первого контакта. Несмотря на то что в данном примере первый контакт выполнен в форме круга или кольца, также первый контакт может быть выполнен в форме рамки, прямоугольной, овальной или любой другой формы, в форме точек, крестов, любой цельной геометрической фигуры без отклонения от объема настоящего изобретения. Фотолитография включает следующие операции: нанесение фоторезиста, наложение шаблона контакты, экспонирование, проявление и задубливание при температуре 100°С в течение 1 ч. Затем перед напылением контакта поверхность очищают, например, посредством обработки в плазме. Напыляют контакт Сг (80 А) - Аи (300 А) - Νί (500 А) - Аи (1000 А), причем толщина каждого слоя указана в скобках. После напыления защитную маску снимают в ацетоне. Затем гетероструктуру протирают в ацетоне, обезжиривают в четыреххлористом углероде и изопропиловом спирте и отжигают при температуре 130°С в течение 30 мин.
Далее проводят фотолитографию под гальванику. Фотолитография включает следующие операции: нанесение фоторезиста, наложение шаблона контакты, экспонирование, проявление и задубливание при температуре 100°С в течение 1 ч. Обратную сторону и торцы образца закрывают химически стойким лаком. Проводят золотогальваническое усиление контактов. Затем гетероструктуру протирают в ацетоне, обезжиривают в четыреххлористом углероде и изопропиловом спирте и отжигают при температуре 130°С в течение 30 мин.
Далее проводят фотолитографию для формирования разделительной сетки. Фотолитография включает следующие операции: нанесение фоторезиста, наложение шаблона разделительная сетка, экспонирование, проявление и задубливание при температуре 100°С в течение 1 ч. Проводят травление разделительной сетки в анизотропном травителе НВг:Н2О2. Кроме того, травление может быть осуществлено методами сухого травления, например в плазме.
Затем лицевую сторону закрывают фоторезистом, структуру наклеивают посредством пицеина лицевой стороной на стекло.
Далее, утоньшают структуру до толщины 200 мкм посредством шлифования подложки, затем обрабатывают в травителе НС1:НNΟз:Н2Ο. Затем отмывают структуру от пицеина, снимают фоторезист. Обрабатывают тыльную поверхность в плазме.
Напыляют сплошной второй контакт Сг (80 А) - Аи (300 А) - Νί (500 А) - Аи (1000 А).
Во время операции сборки светодиодный или фотодиодный чип размещают в корпусе. Операция сборки может быть осуществлена с использованием любых известных технологий.
В светодиодных чипах выбор стороны для нанесения сплошного и точечного контактов и соответ
- 11 018435 ственно способ монтажа проводят исходя из критериев, касающихся того, что подложка должна быть прозрачна для излучения, генерируемого в объеме активной области диода, а вывод излучения необходимо проводить через материал с проводимостью п-типа, так как поглощение на свободных носителях заряда в полупроводниках с проводимостью р-типа в десятки раз сильнее.
Исходя из вышеуказанных критериев в светодиодах на основе первого варианта гетероструктуры сплошной контакт наносят со стороны подложки, а точечные контакты формируют со стороны эпитаксиальных слоев. Светодиодные чипы монтируют подложкой вниз. Излучение выводят через эпитаксиальные слои.
В светодиодах на основе второго варианта гетероструктуры сплошной контакт наносят со стороны эпитаксиальных слоев, а точечные контакты формируют со стороны подложки. Светодиодные чипы монтируют эпитаксиальной стороной вниз. Излучение выводят через подложку.
Фотодиоды изготавливают на основе второго варианта гетероструктур. Граница фоточувствительности диода со стороны больших длин волн /кр определяется шириной запрещенной зоны Ед материала активной области. Коротковолновая граница чувствительности /_ко|) зависит от ширины запрещенной зоны Ед широкозонного окна, через которое свет попадает в активную область диода. Указанным широкозонным окном может быть как материал р-1п8ЬР, так и подложка п-1пАз. Сторона, через которую входит излучение, определяется требуемой коротковолновой границей чувствительности. Если свет падает со стороны подложки п-1пАз, то /кор составляет примерно 3 мкм, и диоды монтируют эпитаксиальной стороной вниз. Если диоды монтируют эпитаксиальной стороной вверх, то свет проходит через широкозонный слой р-1п8ЬР, и /кор составляет примерно 2 мкм.
Кроме того, светодиодные или фотодиодные чипы на основе гетероструктуры согласно настоящему изобретению могут быть изготовлены любыми известными способами или с использованием любых других известных материалов. Например, на основе гетероструктуры согласно настоящему изобретению может быть изготовлен светодиод или фотодиод с контактами для £Нр-сЫр монтажа. В случае изготовления диода с контактами для Шр-сЫр монтажа контакт, присоединенный к эпитаксиальной стороне, и контакт, присоединенный к подложке, располагают снизу, так что верхняя поверхность гетероструктуры остается свободной. Для изготовления диода согласно настоящему изобретению могут быть применены любые способы, применимые при использовании Шр-сЫр технологии.
Кроме того, способ изготовления светодиода или фотодиода может содержать и другие фотилитографические процессы для формирования элементов светодиода или фотодиода, например, для формирования мезы.
Светодиодный чип может иметь, например, форму квадрата размером примерно 350x350 мкм2 с точечным контактом диаметром примерно 100 мкм или кольцевым контактом диаметром примерно 250 мкм. Фотодиодный чип может иметь, например, форму квадрата размером примерно 700x700 мкм2 с кольцевым контактом диаметром примерно 500 мкм.
Светодиоды и фотодиоды согласно настоящему изобретению работают при комнатной температуре. Кроме того, если необходимо стабилизировать определенную температуру как выше, так и ниже комнатной температуры, диоды могут содержать по меньшей мере один элемент Пельтье.
Светодиод, выполненный согласно настоящему изобретению, работает следующим образом.
В первом варианте гетероструктуры при приложении прямого электрического напряжения - плюс к подложке, минус к активному слою, через гетероструктуру протекает ток. Электроны инжектируются в активную область. Высокий потенциальный барьер со стороны барьерного слоя 1п8ЬР ограничивает их перетекание из активной области. Дырки из барьерного слоя р-типа инжектируются в активную область. Локализованные в активной области электроны и дырки эффективно рекомбинируют с формированием инфракрасного излучения, длина волны которого соответствует ширине запрещенной зоны активной области. Излучение проходит через активный слой с минимальными потерями и выходит из светодиода со стороны активного слоя. Светодиоды на основе первого варианта гетероструктуры излучают на длине волны в диапазоне 2,6-3,1 мкм.
Во втором варианте гетероструктуры при приложении прямого электрического напряжения - плюс к барьерному слою гетероструктуры, минус к подложке п-типа, через гетероструктуру протекает ток. Электроны из подложки инжектируются в активную область. Высокий потенциальный барьер со стороны барьерного слоя 1п8ЬР ограничивает их перетекание из активной области. Дырки из барьерного слоя р-типа инжектируются в активную область. Локализованные в активной области электроны и дырки эффективно рекомбинируют с формированием инфракрасного излучения, длина волны которого соответствует ширине запрещенной зоны активной области. Излучение проходит через подложку с минимальными потерями, так как материал подложки не поглощает излучение в диапазоне 3,1-4,7 мкм и выходит из светодиода со стороны подложки.
Фотодиод, выполненный согласно настоящему изобретению, работает следующим образом.
При облучении фотодиода световым потоком через подложку п-1пАз или слой р-1п8ЬР в активном слое 1пАз8Ь происходит генерация пар электрических зарядов: свободных электронов и дырок. В активном слое фотодиода имеется обедненная область полупроводника, которая формирует встроенное элек
- 12 018435 трическое поле, в которой происходит разделение электронно-дырочных пар, возбужденных под действием света. Неосновные носители зарядов - дырки в п-области втягиваются полем перехода и перебрасываются в р-область полупроводника, где они являются основными носителями. Вновь образовавшиеся основные носители зарядов увеличивают концентрацию электронов в п-области и уменьшают сопротивление обедненной области. Возникает фототок через диод, обусловленный движением избыточных неосновных носителей, образовавшихся под действием светового потока. Электронно-дырочные пары, генерируемые в широкозонном слое - в подложке п-1пА§ или в слое р-1п8ЬР также разделяются электрическим полем и вносят вклад в фототок. Длинноволновая граница фотодиода определяется шириной запрещенной зоны активного слоя фотодиода. Коротковолновая граница отклика определяется шириной запрещенной зоны и толщиной материала, через который свет проникает в активный слой (в данном случае - шириной запрещенной зоны и толщиной подложки п-1пА§ или слоя р-1п8ЬР).
Применение широкозонного окна - подложки п-1пА§ или слоя р-1п8ЬР позволяет также увеличить квантовую эффективность работы фотодиода, так как снижается поверхностная рекомбинация.
Необходимо отметить, что варианты реализации изобретения, приведенные в настоящем описании, служат лишь примером и не имеют целью ограничить объем изобретения. Сущность и объем настоящего изобретения всецело определены нижеследующей формулой изобретения.
Claims (22)
1. Способ изготовления гетероструктур, в соответствии с которым выращивают методом газофазной эпитаксии на подложке, содержащей 1пА§, барьерный слой, содержащий 1п8ЬР;
выращивают методом газофазной эпитаксии на барьерном слое активный слой, содержащий 1пА8§ЬР, причем в качестве источника мышьяка используют трет-бутиларсин, а в качестве источника фосфора используют трет-бутилфосфин.
2. Гетероструктура, содержащая подложку, содержащую 1пА§, барьерный слой, содержащий 1п8ЬР и расположенный на подложке, активный слой, содержащий 1пА§8ЬР и расположенный на барьерном слое.
3. Способ изготовления гетероструктур, в соответствии с которым выращивают методом газофазной эпитаксии на подложке, содержащей 1пА§, активный слой, содержащий 1пА8§Ь, выращивают методом газофазной эпитаксии на активном слое барьерный слой, содержащий 1п8ЬР, причем в качестве источника мышьяка используют трет-бутиларсин, а в качестве источника фосфора используют третбутилфосфин.
4. Гетероструктура, содержащая подложку, содержащую 1пА§, активную область, содержащую 1пА§8Ь и расположенную на подложке, барьерный слой, содержащий 1п8ЬР и расположенный на активной области.
5. Гетероструктура по п.4, в которой активная область содержит объемный слой, содержащий 1пА§8Ь.
6. Гетероструктура по п.4, в которой активная область содержит квантовые ямы, содержащие 1пА§ и 1пА§8Ь.
7. Гетероструктура по п.4, в которой активная область содержит напряженную сверхрешетку, содержащую Оа1пА§ и 1пА§8Ь.
8. Светодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра, содержащий по меньшей мере один светодиодный чип, который выполнен на основе гетероструктуры по п.2 и который содержит первый контакт, расположенный со стороны подложки, и второй контакт, расположенный со стороны активного слоя.
9. Светодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра, содержащий по меньшей мере один светодиодный чип, который выполнен на основе гетероструктуры по любому из пп.4-7 и который содержит первый контакт, расположенный со стороны барьерного слоя, и второй контакт, расположенный со стороны подложки.
10. Светодиод по п.8 или 9, в котором первый контакт выполнен сплошным, а второй контакт выполнен с частичным покрытием поверхности.
11. Светодиод по любому из пп.8-10, в котором второй контакт выполнен в форме круга или кольца.
12. Светодиод по любому из пп.8-11, в котором контакты содержат четырехслойную систему Ст/Аи/М/Аи.
13. Фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра, содержащий по меньшей мере один фотодиодный чип, который выполнен на основе гетероструктуры по любому из пп.4-7 и который содержит два контакта, один из которых расположен со стороны подложки, а другой из которых расположен со стороны барьерного слоя.
14. Фотодиод по п.13, в котором один из контактов выполнен с частичным покрытием поверхности,
- 13 018435 а другой из контактов выполнен сплошным.
15. Фотодиод по п.13 или 14, в котором указанный один из контактов выполнен в форме кольца.
16. Фотодиод по любому из пп.13-15, в котором контакты содержат четырехслойную систему ύ^Λα/ΝιΜα.
17. Способ изготовления светодиода по любому из пп.8-12, согласно которому берут гетероструктуру по любому из пп.2, 4-7, формируют на противоположных сторонах гетероструктуры два контакта, разделяют гетероструктуру со сформированными на ней контактами с образованием светодиодных чипов.
18. Способ изготовления фотодиода по любому из пп.13-16, согласно которому берут гетероструктуру по любому из пп.4-7, формируют на противоположных сторонах гетероструктуры два контакта, разделяют гетероструктуру со сформированными на ней контактами с образованием фотодиодных чипов.
19. Светодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра, содержащий по меньшей мере один светодиодный чип, который выполнен на основе гетероструктуры по любому из пп.2, 4-7 и который содержит по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны светодиода, противоположной излучающей стороне светодиода.
20. Способ изготовления светодиода по п.19, согласно которому берут гетероструктуру по п.2 или по любому из пп.4-7, формируют на гетероструктуре по меньшей мере два контакта со стороны подложки или по меньшей мере два контакта со стороны барьерного слоя соответственно, разделяют гетероструктуру со сформированными на ней контактами с образованием светодиодных чипов.
21. Фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра, содержащий по меньшей мере один фотодиодный чип, который выполнен на основе гетероструктуры по любому из пп.4-7 и который содержит по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны фотодиода, противоположной стороне фотодиода, принимающей излучение.
22. Способ изготовления фотодиода по п.21, согласно которому берут гетероструктуру по любому из пп.4-7, формируют на гетероструктуре по меньшей мере два контакта со стороны барьерного слоя или по меньшей мере два контакта со стороны подложки, разделяют гетероструктуру со сформированными на ней контактами с образованием фотодиодных чипов.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201201245A EA018435B1 (ru) | 2012-09-14 | 2012-09-14 | Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры |
| EP13874680.5A EP2897158A4 (en) | 2012-09-14 | 2013-09-13 | PREPARATION OF HETEROSTRUCTURES (VARIANTS) FOR THE MEDIUM INFRARED AREA |
| JP2015531882A JP2015534270A (ja) | 2012-09-14 | 2013-09-13 | 中赤外スペクトル範囲用のヘテロ構造ならびに、これをベースとした発光ダイオードおよびフォトダイオードの製造方法 |
| PCT/RU2013/000796 WO2014123448A1 (ru) | 2012-09-14 | 2013-09-13 | Изготовление гетероструктур (варианты) для среднего ик- диапазона |
| US14/659,277 US20180040766A9 (en) | 2012-09-14 | 2015-03-16 | Method for manufacturing heterostructures for middle infrared band, a heterostructure, and a light-emitting diode and a photodiode based thereon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201201245A EA018435B1 (ru) | 2012-09-14 | 2012-09-14 | Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201201245A1 EA201201245A1 (ru) | 2013-07-30 |
| EA018435B1 true EA018435B1 (ru) | 2013-07-30 |
Family
ID=48916300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201201245A EA018435B1 (ru) | 2012-09-14 | 2012-09-14 | Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20180040766A9 (ru) |
| EP (1) | EP2897158A4 (ru) |
| JP (1) | JP2015534270A (ru) |
| EA (1) | EA018435B1 (ru) |
| WO (1) | WO2014123448A1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016105229A1 (ru) * | 2014-12-24 | 2016-06-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Светодиодный излучатель |
| WO2017105275A1 (ru) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Оптическая ячейка с параллельным потоком излучения на основе светодиодов |
| WO2017105274A1 (ru) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Обществество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Миниатюрная оптическая ячейка на основе светодиодов спектрального диапазона 1600-5000 нм |
| EA028994B1 (ru) * | 2015-12-18 | 2018-01-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | МИНИАТЮРНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДОВ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 1600-5000 нм |
| EA030406B1 (ru) * | 2015-12-18 | 2018-07-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | ОПТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПОТОКОМ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДОВ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 1600-5000 нм |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA018435B1 (ru) * | 2012-09-14 | 2013-07-30 | Ооо "Лед Микросенсор Нт" | Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры |
| EA030952B1 (ru) * | 2014-12-24 | 2018-10-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Светодиодный излучатель |
| WO2016105230A1 (ru) * | 2014-12-24 | 2016-06-30 | Общество С Ограниченной Ответственостью "Микросенсор Технолоджи" | Устройство для определения химических веществ в анализируемой среде |
| EA027273B1 (ru) * | 2014-12-24 | 2017-07-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Устройство для определения химических веществ в анализируемой среде |
| RU2647978C2 (ru) * | 2015-01-27 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления диодов для средневолнового ик диапазона спектра |
| RU2647980C2 (ru) * | 2016-05-25 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Фотодиод для средневолнового инфракрасного излучения |
| RU2647979C1 (ru) * | 2016-11-17 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
| JP6881027B2 (ja) * | 2017-05-24 | 2021-06-02 | 住友電気工業株式会社 | 半導体受光素子、及び半導体受光素子の製造方法 |
| US10295983B2 (en) | 2017-10-05 | 2019-05-21 | International Business Machines Corporation | Process-specific views of large frame pages with variable granularity |
| US10158039B1 (en) | 2017-10-16 | 2018-12-18 | International Business Machines Corporation | Heterojunction diode having a narrow bandgap semiconductor |
| CN110071185B (zh) * | 2018-01-23 | 2022-08-02 | 中国科学院物理研究所 | 多量子阱红外探测器 |
| JP6938568B2 (ja) * | 2019-06-21 | 2021-09-22 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体光デバイスの製造方法及び半導体光デバイス |
| JP6903210B2 (ja) * | 2019-10-15 | 2021-07-14 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| RU2726903C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-07-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра |
| US20220173303A1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-06-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Flexo-electric broadband photo-detectors and electrical energy generators |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1428141A1 (ru) * | 1986-09-09 | 1995-05-10 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Светоизлучающий диод |
| JPH09237889A (ja) * | 1996-02-29 | 1997-09-09 | Hitachi Ltd | 半導体結晶積層体及びそれを用いた半導体装置 |
| RU2154324C1 (ru) * | 1999-04-27 | 2000-08-10 | Матвеев Борис Анатольевич | Полупроводниковый источник инфракрасного излучения (варианты) |
| US6108360A (en) * | 1997-06-06 | 2000-08-22 | Razeghi; Manijeh | Long wavelength DH, SCH and MQW lasers based on Sb |
| RU73126U1 (ru) * | 2007-05-22 | 2008-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АИБИ" | Двухцветный светодиод со встроенным термохолодильником для средней инфракрасной области спектра |
| US20090302309A1 (en) * | 2008-06-10 | 2009-12-10 | Mp Technologies, Llc | Superlattice Photodiodes With Polyimide Surface Passivation |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5737891A (en) * | 1980-08-19 | 1982-03-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor laser device |
| JPH06112517A (ja) * | 1992-09-29 | 1994-04-22 | Fujitsu Ltd | 結晶成長方法 |
| US5995529A (en) * | 1997-04-10 | 1999-11-30 | Sandia Corporation | Infrared light sources with semimetal electron injection |
| RU2286618C2 (ru) | 2002-07-16 | 2006-10-27 | Борис Анатольевич Матвеев | Полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра |
| US7358523B2 (en) * | 2004-10-20 | 2008-04-15 | Avago Technologies Fiber Ip Pte Ltd | Method and structure for deep well structures for long wavelength active regions |
| US9466741B2 (en) * | 2008-12-16 | 2016-10-11 | California Institute Of Technology | Digital alloy absorber for photodetectors |
| US8293628B2 (en) * | 2009-05-28 | 2012-10-23 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Strain-controlled atomic layer epitaxy, quantum wells and superlattices prepared thereby and uses thereof |
| US8866199B2 (en) * | 2009-09-07 | 2014-10-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III-V compound semiconductor photo detector, method of fabricating group III-V compound semiconductor photo detector, photo detector, and epitaxial wafer |
| JP5691154B2 (ja) * | 2009-11-04 | 2015-04-01 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子アレイ及びエピタキシャルウェハ |
| US8492702B2 (en) * | 2010-02-21 | 2013-07-23 | Technion Research & Development Foundation Limited | Method and system for detecting light having a light absorbing layer with bandgap modifying atoms |
| US8217480B2 (en) * | 2010-10-22 | 2012-07-10 | California Institute Of Technology | Barrier infrared detector |
| US20130048063A1 (en) * | 2011-08-26 | 2013-02-28 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Multijunction Solar Cells Lattice Matched to InP Using Sb-Containing Alloys |
| EA018435B1 (ru) * | 2012-09-14 | 2013-07-30 | Ооо "Лед Микросенсор Нт" | Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры |
-
2012
- 2012-09-14 EA EA201201245A patent/EA018435B1/ru not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-09-13 JP JP2015531882A patent/JP2015534270A/ja active Pending
- 2013-09-13 WO PCT/RU2013/000796 patent/WO2014123448A1/ru active Application Filing
- 2013-09-13 EP EP13874680.5A patent/EP2897158A4/en not_active Withdrawn
-
2015
- 2015-03-16 US US14/659,277 patent/US20180040766A9/en not_active Abandoned
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1428141A1 (ru) * | 1986-09-09 | 1995-05-10 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Светоизлучающий диод |
| JPH09237889A (ja) * | 1996-02-29 | 1997-09-09 | Hitachi Ltd | 半導体結晶積層体及びそれを用いた半導体装置 |
| US6108360A (en) * | 1997-06-06 | 2000-08-22 | Razeghi; Manijeh | Long wavelength DH, SCH and MQW lasers based on Sb |
| RU2154324C1 (ru) * | 1999-04-27 | 2000-08-10 | Матвеев Борис Анатольевич | Полупроводниковый источник инфракрасного излучения (варианты) |
| RU73126U1 (ru) * | 2007-05-22 | 2008-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АИБИ" | Двухцветный светодиод со встроенным термохолодильником для средней инфракрасной области спектра |
| US20090302309A1 (en) * | 2008-06-10 | 2009-12-10 | Mp Technologies, Llc | Superlattice Photodiodes With Polyimide Surface Passivation |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016105229A1 (ru) * | 2014-12-24 | 2016-06-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Светодиодный излучатель |
| WO2017105275A1 (ru) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Оптическая ячейка с параллельным потоком излучения на основе светодиодов |
| WO2017105274A1 (ru) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Обществество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Миниатюрная оптическая ячейка на основе светодиодов спектрального диапазона 1600-5000 нм |
| EA028994B1 (ru) * | 2015-12-18 | 2018-01-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | МИНИАТЮРНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДОВ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 1600-5000 нм |
| EA030406B1 (ru) * | 2015-12-18 | 2018-07-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | ОПТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПОТОКОМ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДОВ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 1600-5000 нм |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015534270A (ja) | 2015-11-26 |
| EP2897158A4 (en) | 2016-08-31 |
| EA201201245A1 (ru) | 2013-07-30 |
| US20160276528A1 (en) | 2016-09-22 |
| WO2014123448A1 (ru) | 2014-08-14 |
| US20180040766A9 (en) | 2018-02-08 |
| EP2897158A1 (en) | 2015-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA018435B1 (ru) | Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры | |
| Chen et al. | GaN metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors with transparent indium-tin-oxide Schottky contacts | |
| US5834331A (en) | Method for making III-Nitride laser and detection device | |
| Tarsa et al. | Solar-blind AlGaN-based inverted heterostructure photodiodes | |
| TWI667810B (zh) | 具有穿隧接面紫外光發光二極體的製造 | |
| Min et al. | Unleashing the potential of molecular beam epitaxy grown AlGaN-based ultraviolet-spectrum nanowires devices | |
| EA018300B1 (ru) | ГЕТЕРОСТРУКТУРА НА ОСНОВЕ ТВЁРДОГО РАСТВОРА GaInAsSb, СПОСОБ ЕЁ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СВЕТОДИОД НА ОСНОВЕ ЭТОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ | |
| KR20100087017A (ko) | 자외선용 포토디텍터 및 그 제조 방법 | |
| Kumar et al. | Heating effects of colloidal ZnO quantum dots (QDs) on ZnO QD/CdSe QD/MoOx photodetectors | |
| Brendel et al. | Degradation of AlGaN-based metal-semiconductor-metal photodetectors | |
| WO2009152207A2 (en) | Zinc oxide alloys and devices including the same | |
| Yagi | Highly sensitive ultraviolet photodetectors based on Mg-doped hydrogenated GaN films grown at 380 C | |
| Dalapati et al. | Current-induced degradation behaviors of InGaN/GaN multiple quantum well UV photodetectors: Role of electrically active defects | |
| US20220108887A1 (en) | Dislocation free semiconductor nanostructures grown by pulse laser deposition with no seeding or catalyst | |
| Su et al. | Nitride-based MSM UV photodetectors with photo-chemical annealing Schottky contacts | |
| McClintock et al. | AlxGa1-xN materials and device technology for solar blind ultraviolet photodetector applications | |
| Lee et al. | Effect of a patterned sapphire substrate on InGaN-based pin ultraviolet photodetectors | |
| JP2004039913A (ja) | 紫外線受光素子および火炎センサ | |
| Krier et al. | Electroluminescence out to 2.1 mu m observed in GaSb/InxGa1-xSb quantum wells grown by MOVPE | |
| Kim et al. | Characteristics of bulk InGaAsN and InGaAsSbN materials grown by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) for solar cell application | |
| Kizhayev et al. | Powerful InAsSbP/InAsSb light emitting diodes grown by MOVPE | |
| JP2004039914A (ja) | 紫外線受光素子および火炎センサ | |
| Liu et al. | Fabrication of GaAs photodiode using laser selective area epitaxy | |
| JP2003059845A (ja) | 半導体素子および半導体成長方法 | |
| JP4106849B2 (ja) | 太陽電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KG TJ |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ BY KZ |