RO128642B1 - Material semiconductor realizat din strat subţire pe bază de inyn pentru aplicaţii în optoelectronică - Google Patents

Description

Invenția se referă la un material semiconductor realizat din strat subțire pe bază de ln_xY_yN, sub formă de monostrat depus pe un substrat rigid sau flexibil, aderent la suportul pe care a fost depus și care este utilizat pentru realizarea de dispozitive optoelectronice diverse.

în prezent sunt cunoscute metode de obținere a nitrurii de indiu și nitrurii de ytriu, depuse pe diferite substraturi rigide, cu aplicabilitate în industria optoelectronică, ca materiale pentru fabricarea LED-urilor, a senzorilor, a celulelor solare sau a dispozitivelor emițătoare și/sau detectoare pentru radiația din domeniul undelor THz-iene.

Se cunosc straturi subțiri din nitrură de indiu (de exemplu brevetul european WO 2008/009805 A1) pentru obținerea de nitrură de indiu pe substraturi rigide, prin procedee tipice depunerii de straturi prin depunere din faza chimică de vapori (CVD) și anume prin epitaxie moleculară din fază metalo-organică.

Din documentul US 6727531 B1 este cunoscut un material pe bază de nitrură de galiu care cuprinde un strat format dintr-un aliaj de InGaN. Un astfel de material poate cuprinde heterostructuri AlGaN/InGaN, de exemplu, într-o structură care include un strat de GaN, un strat de InGaN peste stratul de GaN și un strat de AlGaN (dopat sau nedopat) peste stratul de InGaN; alternativ, materialul poate fi fabricat ca un material care nu cuprinde niciun strat care să conțină aluminiu, de exemplu un strat GaN/InGaN sau un strat InGaN.

Documentul US 2011/0057294 A1 se referă la o metodă de fabricare a unor structuri de strat ce include obținerea unui strat de nitrură a unui semiconductor din grupa III, de exemplu GaN, AIN, InN sau nitrură a aliajelor acestor semiconductori, aderent la substrat printr-o interfață de aderență care prezintă o suprafață polară metalică la interfața cu substratul. Structura semiconductoare poate include și un strat de nitrură de indiu galiu, cu o suprafață metalică polară poziționată adiacent față de suprafața polară terminată în N a nitrurii semiconductorului din grupa III.

Problema tehnică pe care își propune să o rezolve invenția constă în obținerea unor straturi semiconductoare pe bază de nitrură de indiu și ytriu, atât pe suporturi rigide, cât și pe suporturi flexibile, de tip kapton, pentru creșterea ariei de aplicabilitate a dispozitivelor optoelectronice.

Materialul cu strat subțire semiconductor din nitrură de indiu și ytriu este realizat dintr-un strat subțire de ln_xY_yN, cu grosimi cuprinse între 100 și 3000 nm, unde 0,9 < x < 1,0, iar 0 < y < 0,1, cu condiția ca 0,9 < x+y <1,1.

Materialul, conform invenției, are grosimi cuprinse între 110 și 3050 nm, prezintă aderență ridicată la substrat, conducție de tip n cu densitate a purtătorilor de sarcină în domeniul

10¹⁷...10²¹ cm³ și mobilitate Hali a purtătorilor de sarcină în domeniul 0,1...20 cm²/Vsși efect de fotoluminiscență la temperatura camerei, în domeniul de lungimi de undă cuprins între 350 și 1400 nm.

Materialul semiconductor pentru aplicații în optoelectronică, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- se caracterizează prin conducție de tip n;

- se caracterizează prin aderență ridicată la substrat;

- se caracterizează prin grosime totală cuprinsă de la zeci de nanometri până la câțiva microni.

Pentru obținerea de materiale semiconductoare utilizabile pentru fabricarea a diferite dispozitive optoelectronice pe bază de nitrură de indiu, până în prezent sunt utilizate tehnologii de tip CVD (MOVPE, MBE) sau PVD (pulverizare magnetron), nefiind cunoscute straturi cu structură mono sau policristalină de nitrură de indiu și ytriu. Ca materiale semiconductoare alese pentru actuala invenție, s-au utilizat nitrură de indiu și de ytriu, depuse pe substrat rigid sau flexibil, de tip kapton.

RO 128642 Β1

Proprietățile superioare ale materialului semiconductor care face obiectul invenției 1 sunt generate de obținerea unui nou tip de material, depus atât pe substrat rigid, cât și flexibil, ceea ce lărgește considerabil aria de aplicabilitate a noului material în domeniul opto- 3 electonicii.

Materialul cu strat subțire semiconductor din nitrură de indiu și ytriu este realizat 5 dintr-un strat subțire de ln_xY_yN, cu grosimi cuprinse între 100 și 3000 nm, unde 0,9 < x < 1,0, iar 0 < y < 0,1, cu condiția ca 0,9 < x+y <1,1. 7

Materialul semiconductor, conform invenției, este obținut printr-o metodă de tip depunere din fază fizică de vapori (pulverizare magnetron) într-o plasmă reactivă. Un exemplu de 9 realizare a unui materialul semiconductor este cea constituită dintr-un strat cvasistoichiometric (0,96 < N/(ln+Y) < 1,04) de ln₀₈₅Y₀₀₅N, care prezintă un raport al concentrațiilor 11 atomice ale metalelor componente In și Y de (In/Y) = 0,95.

Materialul semiconductor este aderent la substrat, rezultatele obținute în urma testului 13 de aderență prin zgâriere (realizat conform cu ANSI/ASTM B 571-79)fiind bune, nefiind pusă în evidență desprinderea stratului de pe substrat. 15 în continuare, este prezentat un exemplu concret de realizare a invenției.

Materialul semiconductoreste obținutîntr-o plasmă reactivă care conține atomi și ioni 17 de indiu, ytriu și azot, la presiuni cuprinse între 5x10² și 1 Pa, la temperaturi ale substratului pe care se face depunerea cuprinse între 350°C și 500°C, timpul de depunere fiind cuprins 19 în intervalul 60 și 480 min. Obținerea straturilor prin pulverizare magnetron, într-o descărcare care poate fi alimentată în curent continuu, în radio frecvență sau pulsată bipolar, se poate 21 face până la temperaturi ale substratului de maximum 500°C, pentru a nu apărea disocierea noului materialul sintetizat pe substrat. 23

Materialul utilizat ca substrat pentru depunerea straturilor subțiri semiconductoare este spălat și degresat în baie de ultrasunete cu solvenți organici, apoi este introdus în 25 incinta tehnologică. Pentru obținerea materialului semiconductor, se utilizează un suport de substrat cu temperatură controlabilă, pe care sunt plasate piesele ce urmează a fi acoperite. 27 Catozii pe care sunt amplasate țintele de In și Y sunt amplasați în exteriorul suportului de substrat. în incinta tehnologică de depunere se introduce azot, având atât rolul de a pulveriza 29 țintele metalice, cât și rol de gaz reactiv, ce se va combina cu ionii și atomii metalici ajunși la substrat și va crea straturile semiconductoare. Prin controlul curenților de alimentare a 31 catozilor, se poate controla compoziția elementală și grosimea stratului depus. Este posibilă și aplicarea unui potențial negativ de polarizare a substratului, cuprins între 20 și 1000 V, 33 care poate duce la creșterea aderenței straturilor depuse la substrat, la reducerea tensiunilor mecanice în straturi, și la creșterea densității acestora. 35

Bibliografie 37

1. US Patent no. 7427785 Nitride-based light emitting device and manufacturing 39 method thereof”, Song June O, September 2008;

2. US Patent no. 6,649,440 B1 Aluminum Indium Gallium Nitride-Based LED having 41 thick epitaxial layerfor improved light extraction Michael Ragan Krames, Paul Scott Martin,

Tun Sein Tan, November 2003; 43

3. J. P. Dismukes, W. M. Yim, J. J. Tietjem, and R. E. Novak, RCA Rev. 31, 680 (1970); 45

4. J. M. Gregoire, S. D. Kirby, Μ. E. Turk, R. B. van Dover Thin Solid Films 517 (2009) 1607-1609; 47

5. W. De La Cruz, J. A. Diaz, L. Mancera, N. Takeuchi, and G. Soto, J. Phys. Chem.

Solids 64, 2273 (2003). 49

Claims (4)

1 Revendicări

3 1. Material semiconductor din strat subțire depus pe un substrat, caracterizat prin aceea că stratul subțire este constituit din ln_xY_yN depus pe un substrat rigid cu grosimi cuprinse

5 între 100 și 3000 nm, unde 0,9 < x < 1,0, iar 0 < y < 0,1, cu condiția ca 0,9 < x+y < 1,1.

2. Material semiconductor conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că stratul 7 subțire este constituit din ln_xY_yN, este depus pe un substrat flexibil.

3. Material semiconductor conform revendicărilor 1 si 2, caracterizat prin aceea că 9 este obținut prin metoda pulverizării magnetron.

4. Material semiconductor conform revendicărilor de la 1 la 3, caracterizat prin 11 aceea că prezintă efect de fotoluminiscență la temperatura camerei, în domeniul de lungimi de undă cuprins între 350 și 1400 nm.

13 5. Material semiconductor conform revendicărilor de la 1 la 3, caracterizat prin aceea că prezintă conducție de tip n, cu densitate a purtătorilor de sarcină în domeniul

15 10¹⁷-10²¹ cm³ și mobilitate Hali a purtătorilor de sarcină în domeniul 0,1 ...20 cm²/Vs.