PL112349B1 - Method for manufacturing of an electroluminescent p-n junction in ga down 1-x in down x p,emitting green radiation by epitaxial process from a liquid phase - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonania elektroluminescencyijnego zlacza p^n w Ga1_xInxP, emitujacego promieniowanie zielone, metoda epi¬ taksji z "fazy cieklej.Znany jest sposób wytwarzania elektrolumine1 scencyjnych zlaczy p-n metoda epitaksji z fazy cieklej w materiale Ga^^In^P, w którym za¬ wartosc indu "w fazie stalej przekraczala wartosc 0,5 ulamka atomowego, *tzn. w poblizu punktu zmiany typu prizerwy energetycznej z posredniej w bezposrednia, a wiec w obszarze emisji swiat¬ la zóltego i pomaranczowego.Opisane sa przez R. A. Logana, et al. (J. Appl.Phys. 1971 vol. 42, No. 6 p. 1469) w artykule „Electrolumiinescenc in GaAsP, InGaP. and AiGaP jiumotions with. x ^ 0,01" próby wykorzystania zwiazku Ga1_xInxP do wytwarzania zlaczy p-n emitujacych promieniowanie zielone stosujac kon¬ centracje indu w fazie stalej nizsza niz 0,01 ulam¬ ka atomowego. Wytwarzanie laczy przeprowadzo¬ no w dwóch oddzielnych procesach epitaksji.W pierwszym procesie na podlozu z GaP o- trzymano warstwe typu „n", a nastepnie po roz¬ ladowaniu stanowiska i ponownym przygotowaniu plytki oraz roatworu epitaksjalnego • przetpro- wadzono nastepny proces w. celu otrzy¬ mania warstwy o przewodnictwie typu „p".Taki sposób wytwarzania zlacza pnn wprowadza zawsze zwiekszona ilosc dyslokacji w obszarze rnie- 10 15 20 25 30 dzyfazowym, a wiec w obszarze zlacza p-n. R)- nadto, ten sposób wytwarzania zlacza p-n w Ga1_xInxP w polaczeniu ze stosowaniem odmien¬ nych zródel zarówno do domieszkowania warstwy „n" domieszka donorowa — siarka (oddzielny stru¬ mien H2S) jak i do nasycania roztworu epitak¬ sjalnego fosforem (polikrystaliczny fosforek galu dodawany do roizltworu epitaksjalnego) jest po¬ wodem niekontrolowanego wzrostu zanieczyszczen glównie w obszarze o zwiekszonej gestosci dyslo¬ kacji (obszar zlacza pnn). Zanieczyszczenia te jak i dyslokacje moga byc centrami rekombinacji nie- promienistej, znacznie obnizajacymi zewnetrzna sprawnosc kwantowa ' elektroiluminescencji ww zlacza.Uzyskiwano zlacza p-n emitujace swiatlo zielone o wielokrotnie nizisizej sprawnosci kwantowej w porównaniu ze zlaczami p^n wykonanymi, np. we¬ dlug patentu PRL or 71396, na GaP. Z kolei wy¬ twarzanie zlaczy pnn z GaP, emitujacych promie¬ niowanie zielone, wymaga stosowania jako roz¬ puszczalnika galu, który jest materialem drogim, a ponadto deficytowym.Znany jest sposób wytwarzania zlacza p-n w jednym procesie epitaksji, np. z opisu patento¬ wego PRL nr 89302. Sposób ten polega na prize- kompensowaniu domieszki donorowej domieszka akceptorowa w trakcie jednego procesu epitaksji prowadzacego do wytworzenia zlacza p-n. Przy 112 349112 3 3 . czym zródlem domieszki donoirowej moga byc do¬ mieszkowane plytki podlozowe, których czesc zo¬ staje rozpuszczona w pierwszym etapie procesu epitaksji, natomiast domieszka akceptorowa do¬ dawana jest do roztworu epitaksjalnego w trak- 5 * cie procesu epitaksji.Domieszkowanie azotem roztworu epitaksjalnego jest znane; np. iz wyzej wspomnianego opisu pa¬ tentowego PRL nr 71396 i stosowane w przy- . padku wytwarzania diod z fosforku galu emitu- io jacych swiatlo zielone. Domieszka. ta jest koniecz¬ na ze wzgledu na tworzenie wydajnych centrów ^ rekombinacji promienistej.Istota wynalazku polega na tym, ze wzrost war¬ stwy' epitaksjalnej o przewodnictwie typu „n" i 15 „V! prowadzi sie z roztworu epitaksjalnego, za¬ wierajacego wiecej niz 0,6 ulamka atomowego in¬ du. Korzystnym jest, jesli roztwór epitaksjalny nasyca -sie azotem..'"w temperaturze wyzszej niz 980°C, a- podloze zanurza sie w nim w temperatu- 20 rze nie^wyzszej niz 950°C.Do domieszkowania roztworu azotem stosuje sie takie zwiazki, jak NH3, GaN, PN, P2N3, ¥2^5, NH2—NH2 oraz N2 wzbudzony wysoka czestotli¬ woscia. .- n 25 Sposób wedlug wynalazku umozliwia otrzyma¬ nie zlaczy p-n w Ga1_xInxP o wystarczajaco wy¬ sokiej zewnetrznej sprawnosci kwantowej elektro-. rUminescencji do wytwarzania diod emitujacych, swiatlo zielone. Wykonanie zlaczy p-n o zielonej 30 barwie swiecenia w Ga1_xInxP pozwala, na za¬ stapienie indem okolo 70°/o wagowych galu, który jest okolo czterokrotnie drozszy i deficytowy.Sposób wedlug wynalazku objasniony jest na przykladzie wykonania elektroluminescencyjnego 35 zlacza p-n w Ga1_xInxP w procesie epitaksji z fazy cieklej.- Odpowiednio przygotowane plytki podlozowe z " monoikrystalicizmego fosforku galu domieszkowa¬ nego siarka do koncentracji nosników pradu 40 2 + 6 X 1017 cm-3 umieszcza sie w uchwycie ka¬ sety do epitaksji. Zbiornik roztworu .epitaksjalne¬ go napelnia sie stopem zawierajacym gal i ind o zawartosci tego ostatniego 0,7 ulamka atomo¬ wego. Tak przygoitdwana kasete umieszcza sie w « rurze reakcyjnej stanowiska do epitaksji. Po okre¬ sie plukania rury reakcyjnej wodorem wlacza sie przeplyw amoniaku tak, aby jego stezenie w uk¬ ladzie osiagalo wartosc okoio 0,1%, po czym roz¬ poczyna sie ogrzewanie. W pierwszym etapie na- 50 stepuja przegrzanie ukladu do temperatury okolo 980°C. Calosc utrzymuje sie w tej temperaturze w czasie okolo 30 min. dla ujednorodmienia roz¬ tworu epitaksjalnego i nasycenia go azotem. Po uplywie tego okresu czasu obniza sie bardzo szyb- 53 ko temperature ukladu do wartosci 930°C, po czym zanurza sie plytki podlozowe GaP w roztworze epitaksjalnym.Poczatkowe przegrzanie ukladu, a nastepnie szybkie studzenie prowadzi do przesycenia roz- 60 DN-3, zam.Cena 45 4 tworu epitaksjalnego azotem, co w konsekwen¬ cji prowadzi do wzrostu jego koncentracji rów¬ niez w rosnacej warstwie epitaksjalnej GalnP. Z chwila' zanurzenia plytek podlozowych GaP w roztworze epitaksjalnym nastepuje proces czescio¬ wego ich rozpuszczenia i nasycenia roztworu fo¬ sforem.Po okresie rozpuszczania, który minut,- wlacza sie powolne studzenie ukladu z szybkoscia okolo 2°C/miin. do temperatury 860°C.W okresie tym zachodzi wzrost warstwy epitak¬ sjalnej Ga^^In^P mieszkowanej zarówno siarka jak i azotem. Z chwila osiagniecia przez uklad temperatury 860°C zatrzymuje sie jej dalszy spadaj i przez okres oko¬ lo 15 minut nastepuje cizejsoiowe wyplukiwanie siarki z ukladu, po czym wprowadza sie do stru¬ mienia gazowego, jako domieszke akceptorowa, cynk. Domieszka ta wprowadzana jest przez od¬ parowanie cynku metalicznego utrzymywanego w temperaturze okolo 670°C. Po okresie nasycania roztworu epitaksjalnego cynkiem, który trwa oko¬ lo 40 minut nastepuje dalszy powolny spadek tem¬ peratury z szybkoscia okolo l,5°C/min, do 780°C.W tej temperaturze konczy sie proces epitaksjal¬ nego wzrostu warstwy. • Calosc ukladu plucze sie azotem i studzi do temperatury umozliwiajacej rozladowanie stanowiska.* W wyniku wyzej opisanego procesu o-trzymuje sie plytki z warstwa epitaksjalna o grubosci ^ko¬ lo 40 fim, przy czym zlacze p-n lezy na glebokos¬ ci okolo 15 /im. Diody elektroluminescencyjne wykonane z takich struktur emituja promienio¬ wanie zielone o dlugosci'-fali 5630 A z zewnetrz¬ na sprawnoscia kwantowa srednia 0,04% i maksy¬ malna 0,07 przy zasilaniu pradem o gestosci 10 A/cm2.. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wykonania elektroluminescencyjnego zlacza p-n w Ga1_xInxP, emitujacego swiatlo zie¬ lone, metoda epitaksji z fazy cieklej, w jednym procesie wytwarzania warstwy epitaksjalnej z roz¬ tworu epitaksjalnego nasyconego azotem i do¬ mieszkowanego w trakcie procesu domieszka ak¬ ceptorowa, na monckrystalicznym podlozu z fos- fcirku galu zawierajacego domieszke donorowa, znamienny tym, ze wzrost warstwy epitaksjalnej o przewodnictwie typu „n" i ,,p" prowadzi sie z roztworu epitaksjalnego Ga-Im, zawierajacego wie¬ cej niz 0,6 ulamka atomowego indu, przy czym korzystnym jest jesli roztwór epitaksjalny nasy¬ ca sie azotem w temperaturze wyzszej niz 980°C, a podloze zanurza sie w nim w temperaturze nie wyzszej niz 950°C. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do domieszkowania azotem stosuje sie takie zwiaz¬ ki jak: NH3, GaN, PN, P2N3, P2N5, —NH2—NH2 oraz N2 wzbudzony wysoka czestotliwoscia. 506/81 zl PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wykonania elektroluminescencyjnego zlacza p-n w Ga1_xInxP, emitujacego swiatlo zie¬ lone, metoda epitaksji z fazy cieklej, w jednym procesie wytwarzania warstwy epitaksjalnej z roz¬ tworu epitaksjalnego nasyconego azotem i do¬ mieszkowanego w trakcie procesu domieszka ak¬ ceptorowa, na monckrystalicznym podlozu z fos- fcirku galu zawierajacego domieszke donorowa, znamienny tym, ze wzrost warstwy epitaksjalnej o przewodnictwie typu „n" i ,,p" prowadzi sie z roztworu epitaksjalnego Ga-Im, zawierajacego wie¬ cej niz 0,6 ulamka atomowego indu, przy czym korzystnym jest jesli roztwór epitaksjalny nasy¬ ca sie azotem w temperaturze wyzszej niz 980°C, a podloze zanurza sie w nim w temperaturze nie wyzszej niz 950°C.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do domieszkowania azotem stosuje sie takie zwiaz¬ ki jak: NH3, GaN, PN, P2N3, P2N5, —NH2—NH2 oraz N2 wzbudzony wysoka czestotliwoscia. 506/81 zl PL