RU117716U1 - Light emitting element - Google Patents

Light emitting element Download PDF

Info

Publication number
RU117716U1
RU117716U1 RU2012103806/28U RU2012103806U RU117716U1 RU 117716 U1 RU117716 U1 RU 117716U1 RU 2012103806/28 U RU2012103806/28 U RU 2012103806/28U RU 2012103806 U RU2012103806 U RU 2012103806U RU 117716 U1 RU117716 U1 RU 117716U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
layer
emitting element
nanocrystallites
light
Prior art date
Application number
RU2012103806/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Геннадьевич Галкин
Дмитрий Львович Горошко
Евгений Анатольевич Чусовитин
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2012103806/28U priority Critical patent/RU117716U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU117716U1 publication Critical patent/RU117716U1/en

Links

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

Светоизлучающий элемент, содержащий слои кремния p- и n-типа, между которыми в области его p-n-перехода заключен активный слой из полупроводника, включающего нанокристаллиты β-FeSi2, встроенные в монокристаллический нелегированный кремний, отличающийся тем, что активный слой насыщен нанокристаллитами β-FeSi2 с размерами от 20 до 40 нм, кроме того, количество таких активных слоев не менее двух. A light-emitting element containing p- and n-type silicon layers, between which, in the region of its pn-junction, an active semiconductor layer is enclosed, including β-FeSi2 nanocrystallites embedded in single-crystal undoped silicon, characterized in that the active layer is saturated with β-FeSi2 nanocrystallites with sizes from 20 to 40 nm, in addition, the number of such active layers is not less than two.

Description

Полезная модель относится к светоизлучающим элементам с длиной волны из ближней инфракрасной области спектра.The invention relates to light emitting elements with a wavelength from the near infrared region of the spectrum.

Известен светоизлучающий прибор на основе кремния, включающий p-n переход вблизи которого сформирована излучающая зона, легированная примесями редкоземельных элементов, на основе того же полупроводникового материала, что и активные слои n - и р-типа проводимости (см. патент US №6828598, МПК H01S 3/16, H01S 5/30, H01S 5/32, 2004 г.). В зависимости от уровня легирования активных слоев в приборах реализуется механизм туннельного, лавинного либо смешанного пробоев. Основным ограничивающим фактором практического применения приборов создаваемых известным способом, несмотря на их простоту и интегрируемость в схемы микроэлектроники является их низкая излучающая способность и, следовательно, низкая выходная мощность прибора.A silicon-based light-emitting device is known, including a pn junction near which an emitting zone is formed, doped with rare-earth elements, based on the same semiconductor material as the active layers of n- and p-type conductivity (see US patent No. 6828598, IPC H01S 3 / 16, H01S 5/30, H01S 5/32, 2004). Depending on the level of doping of the active layers, the mechanism of tunneling, avalanche, or mixed breakdowns is implemented in the devices. The main limiting factor in the practical use of devices created in a known manner, despite their simplicity and integrability in microelectronic circuits, is their low emissivity and, therefore, low output power of the device.

Известен также светоизлучающий элемент, содержащий слои кремния p - и n-типа, между которыми в области его p-n - перехода заключен активный слой из полупроводника, включающего зерна β-FeSi2 встроенные в монокристаллический нелегированный кремний, (см. патент US №6368889, МПК H01L 33/26; H01L 21/00; H01L 33/00, 2002г.)A light-emitting element is also known that contains p- and n-type silicon layers, between which an active layer of a semiconductor comprising β-FeSi 2 grains embedded in single-crystal unalloyed silicon is enclosed in the region of its pn junction (see US patent No. 6368889, IPC H01L 33/26; H01L 21/00; H01L 33/00, 2002)

Недостаток этого технического решения - значительный (около 100 нм) размер зерен дисилицида железа, что не позволяет обеспечить высокую эффективность светоизлучающего элемента в силу недостаточно хорошего встраивания зерен в кремниевую матрицу и релаксированной внутренней структуры.The disadvantage of this technical solution is the significant (about 100 nm) grain size of the iron disilicide, which does not allow for a high efficiency of the light-emitting element due to the insufficiently good integration of the grains into the silicon matrix and the relaxed internal structure.

Задача, на решение которой направлено заявленная полезная модель, выражается в повышении эффективности светоотдачи светоизлучающего элемента.The problem to which the claimed utility model is directed is expressed in increasing the efficiency of light output of the light-emitting element.

Технический результат - повышение эффективности светоотдачи светоизлучающего элемента за счет возможности уменьшения размеров кристаллитов полупроводникового дисилицида железа /β-FeSi2 (до 20-40 нм) и обеспечения их высокой плотности (количества кристаллитов в единице объема кремниевой матрицы) и в силу этого упругого встраивания в кремниевую матрицу и значительной напряженности внутренней структуры кристаллитов.EFFECT: increased efficiency of light output of a light-emitting element due to the possibility of decreasing crystallite sizes of semiconductor iron disilicide / β-FeSi 2 (up to 20-40 nm) and ensuring their high density (number of crystallites per unit volume of a silicon matrix) and, due to this, elastic incorporation into silicon matrix and significant tension of the internal structure of crystallites.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что светоизлучающий элемент, содержащий слои кремния p- и n-типа, между которыми в области его p-n - перехода заключен активный слой из полупроводника, включающего нанокристаллиты β-FeSi2 встроенные в монокристаллический нелегированный кремний, отличается тем, что активный слой насыщен нанокристаллитами β-FeSi2 с размерами от 20 до 40 нм, кроме того, количество таких активных слоев не менее двух.The solution of this problem is provided by the fact that a light-emitting element containing p- and n-type silicon layers, between which in the region of its pn junction there is an active layer of a semiconductor, including β-FeSi 2 nanocrystallites embedded in single-crystal unalloyed silicon, characterized in that the active layer is saturated with β-FeSi 2 nanocrystallites with sizes from 20 to 40 nm, in addition, the number of such active layers is at least two.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed and well-known technical solutions indicates its compliance with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы полезной модели обеспечивают решение поставленной технической задачи, а именно повышение эффективности светоотдачи светоизлучающего элемента.The features of the distinctive part of the utility model formula provide a solution to the technical problem posed, namely, increasing the light emission efficiency of the light-emitting element.

Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг.1 схематически показан общий вид светоизлучающего элемента, на фиг.2 - показано изображение эпитаксиального покрывающего слоя нелегированного кремния, полученное методом сканирующей атомно-силовой микроскопии.The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 schematically shows a general view of a light-emitting element, and Fig. 2 shows an image of an epitaxial coating layer of undoped silicon obtained by scanning atomic force microscopy.

На фигурах показаны составные части светоизлучающего элемента:The figures show the components of the light emitting element:

1 - подложка, выполненная из кремния первого типа проводимости, например n-типа;1 - a substrate made of silicon of the first type of conductivity, for example, n-type;

2 - слой нелегированного кремния;2 - a layer of undoped silicon;

3 - нанокристаллиты дисилицида железа β-FeSi2;3 - nanocrystallites of iron disilicide β-FeSi 2 ;

4 - слой монокристаллического нелегированного кремния;4 - a layer of single-crystal unalloyed silicon;

5 - слой кремния второго типа проводимости, например p-типа;5 - silicon layer of the second type of conductivity, for example p-type;

6 - положительный электрод;6 - positive electrode;

7 - отрицательный электрод.7 - negative electrode.

На верхней торцевой поверхности подложки 1 со срезом вдоль кристаллической плоскости (100) или (111) размещен слой 2 нелегированного кремния, на котором размещены два и более активных слоев из нанокристаллитов 3, заращенные слоем 4 нелегированного кремния. Над активными слоями с нанокристаллитами 3 размещен слой 5 кремния второго типа проводимости. На верхней торцевой поверхности светоизлучающего элемента размещен положительный электрод 6, а на нижней - отрицательный электрод 7.On the upper end surface of the substrate 1 with a slice along the crystalline plane (100) or (111), an undoped silicon layer 2 is placed, on which two or more active layers of nanocrystallites 3 are deposited, which are overgrown with an undoped silicon layer 4. Above the active layers with nanocrystallites 3, a silicon layer 5 of the second type of conductivity is placed. A positive electrode 6 is placed on the upper end surface of the light-emitting element, and a negative electrode 7 is located on the bottom.

Формирование эпитаксиального монокристаллического кремния 4 (на промежуточном этапе) подтверждается изображением образца, полученным методом сканирующей атомно-силовой микроскопии (см. фиг.2). Этот образец был получен при семикратном повторении процедуры формирования наноостровков β-FeSi2 на поверхности слоя нелегированного кремния и их последующей агрегации в нанокристаллиты β-FeSi2 осаждением слоя нелегированного кремния. Среднеквадратическая шероховатость поверхности не превосходит 0,7 нм, что говорит о том, что выращенные слои кремния являются монокристаллическими. На поверхности находятся дырки (ширина 63-112 нм, глубина 0,2-5 нм) с концентрацией не более 1010см-2, которые формируются непосредственно над движущимися к поверхности нанокристаллитами.The formation of epitaxial single-crystal silicon 4 (at an intermediate stage) is confirmed by the image of the sample obtained by scanning atomic force microscopy (see figure 2). This sample was obtained by repeating the procedure for the formation of β-FeSi 2 nanoislands on the surface of an undoped silicon layer seven times and their subsequent aggregation into β-FeSi 2 nanocrystallites by deposition of an undoped silicon layer. The root mean square surface roughness does not exceed 0.7 nm, which suggests that the grown silicon layers are single-crystal. Holes are located on the surface (width 63-112 nm, depth 0.2-5 nm) with a concentration of not more than 10 10 cm -2 , which are formed directly above the nanocrystallites moving towards the surface.

Заготовка светоизлучающего элемента (включающая активный слой, размещенный в зоне p-n - перехода) может быть сформирована с использованием следующей технологии:The preparation of the light-emitting element (including the active layer located in the pn-junction zone) can be formed using the following technology:

Пример. На подложке формируют эпитаксиальный слой кремния путем осаждения нелегированного кремния при нагреве подложки до 700-750°С, толщиной от 100 до 200 нм со скоростью осаждения 5×10-3-3.3×10-1 нм/с, что обеспечивает формирование на поверхности буферного слоя нелегированного кремния 2. Затем подложку 1 (с нанесенным на нее слоем нелегированного кремния 2), известным образом, охлаждают до комнатной температуры. Далее, при поддержании температуры подложки на этом уровне, на поверхность слоя нелегированного кремния осаждают слой железа толщиной 0,2-0,8 нм, со скоростью осаждения 1,7×10-3-1,7×10-2 нм/с. Далее осуществляют агрегацию слоя железа в наноостровки β-FeSi2 для чего отжигают подложку при температуре 630°С в течение 20 минут. При этом, на поверхности подложки 1 со сформированным буферным слоем 2 в процессе взаимодействия атомов кремния с атомами железа образуются наноостровки 8 дисилицида железа β-FeSi2 (см. фиг.2). Далее осуществляют агрегацию наноостровков 8 дисилицида железа β-FeSi2 в нанокристаллиты 3 дисилицида железа β-FeSi2 с размерами 20-40 нм, упруго встроенные в кремниевую матрицу, для чего проводят осаждение эпитаксиального слоя нелегированного кремния 4 при нагреве подложки до 600-800°С, толщиной от 100 до 200 нм при скорости осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с. В процессе такого заращивания нанокристаллиты распределяются в объеме кремния, двигаясь в направлении фронта эпитаксиального роста кремния. Далее цикл, включающий формирование наноостровков β-FeSi2 на поверхности слоя нелегированного кремния и их последующую агрегацию в нанокристаллиты β-FeSi2 осаждением слоя нелегированного кремния повторяют с такими же режимными параметрами столько раз, сколько необходимо для создания требуемой многослойной активной структуры, включающей слои нелегированного кремния насыщенные упруго встроенными нанокристаллитами.Example. An epitaxial silicon layer is formed on the substrate by deposition of undoped silicon when the substrate is heated to 700-750 ° C, a thickness of 100 to 200 nm with a deposition rate of 5 × 10 -3 -3.3 × 10 -1 nm / s, which ensures the formation of a buffer a layer of unalloyed silicon 2. Then, the substrate 1 (with a layer of unalloyed silicon 2 deposited on it) is cooled in a known manner to room temperature. Further, while maintaining the temperature of the substrate at this level, an iron layer 0.2-0.8 nm thick is deposited on the surface of the unalloyed silicon layer with a deposition rate of 1.7 × 10 -3 -1.7 × 10 -2 nm / s. Next, the iron layer is aggregated into β-FeSi 2 nanoislands, for which the substrate is annealed at a temperature of 630 ° C for 20 minutes. Moreover, on the surface of the substrate 1 with the formed buffer layer 2 during the interaction of silicon atoms with iron atoms, nanoislands 8 of iron disilicide β-FeSi 2 are formed (see Fig. 2). Next, aggregation of the nanoislands 8 of iron β-FeSi 2 iron disilicide into 20 β-FeSi 2 iron disilicide 3 nanocrystallites with sizes of 20-40 nm, elastically integrated into the silicon matrix is carried out, for which the epitaxial layer of undoped silicon 4 is deposited when the substrate is heated to 600-800 ° C, a thickness of 100 to 200 nm at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s. In the process of such overgrowth, nanocrystallites are distributed in the bulk of silicon, moving in the direction of the front of epitaxial growth of silicon. Next, the cycle, including the formation of β-FeSi 2 nanoislands on the surface of an undoped silicon layer and their subsequent aggregation into β-FeSi 2 nanocrystallites by deposition of an undoped silicon layer, is repeated with the same operating parameters as many times as necessary to create the desired multilayer active structure including undoped layers silicon saturated elastically embedded nanocrystallites.

После этого формируют слой кремния второго типа проводимости 5, для чего осаждают кремний второго типа проводимости толщиной 100-200 нм при скорости осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с и при нагреве подложки до 700-750°С.After that, a silicon layer of the second type of conductivity 5 is formed, for which purpose silicon of the second type of conductivity is deposited with a thickness of 100-200 nm at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s and when the substrate is heated to 700-750 ° FROM.

Поскольку в качестве подложки выбран кремний первого типа проводимости (в данном случае, например, n-типа), эпитаксиальный слой кремния второго типа проводимости должен быть представлен кремнием p-типа, для обеспечения возможности формирования области p-n - перехода (при использовании подложки из кремния p-типа, эпитаксиальный слой кремния должен быть n-типа, т.е. фразы «первого типа» и «второго типа» говорят только о необходимости использования кремния различных типов проводимости).Since silicon of the first type of conductivity (in this case, for example, n-type) was chosen as the substrate, the epitaxial silicon layer of the second type of conductivity must be represented by p-type silicon, in order to enable the formation of a pn junction region (when using a silicon substrate p -type, the epitaxial layer of silicon must be n-type, that is, the phrases “first type” and “second type” only indicate the need for using silicon of various types of conductivity).

По завершению этого процесса на внешних поверхностях кремния (соответственно, свободная поверхность эпитаксиального слоя кремния второго типа проводимости и свободная поверхность подложки) известным образом формируют положительный 6 и отрицательный 7 электроды, завершая процесс формирования светоизлучающего элемента.Upon completion of this process, on the external surfaces of silicon (respectively, the free surface of the epitaxial layer of silicon of the second type of conductivity and the free surface of the substrate), positive 6 and negative 7 electrodes are formed in a known manner, completing the process of formation of the light-emitting element.

Claims (1)

Светоизлучающий элемент, содержащий слои кремния p- и n-типа, между которыми в области его p-n-перехода заключен активный слой из полупроводника, включающего нанокристаллиты β-FeSi2, встроенные в монокристаллический нелегированный кремний, отличающийся тем, что активный слой насыщен нанокристаллитами β-FeSi2 с размерами от 20 до 40 нм, кроме того, количество таких активных слоев не менее двух.
Figure 00000001
A light-emitting element containing p- and n-type silicon layers between which an active layer of a semiconductor comprising β-FeSi 2 nanocrystallites embedded in single-crystal unalloyed silicon, characterized in that the active layer is saturated with β- nanocrystallites, is enclosed in the region of its pn junction FeSi 2 with sizes from 20 to 40 nm, in addition, the number of such active layers is at least two.
Figure 00000001
RU2012103806/28U 2012-02-03 2012-02-03 Light emitting element RU117716U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103806/28U RU117716U1 (en) 2012-02-03 2012-02-03 Light emitting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103806/28U RU117716U1 (en) 2012-02-03 2012-02-03 Light emitting element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU117716U1 true RU117716U1 (en) 2012-06-27

Family

ID=46682513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012103806/28U RU117716U1 (en) 2012-02-03 2012-02-03 Light emitting element

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU117716U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6986349B2 (en) Electronic device with n-type superlattice and p-type superlattice
US20070158661A1 (en) ZnO nanostructure-based light emitting device
Sun et al. Electrical and electroluminescence properties of As-doped p-type ZnO nanorod arrays
CN103337573B (en) The epitaxial wafer of semiconductor light-emitting-diode and manufacture method thereof
CN1317155A (en) Zinc oxide films containing P-type dopant and process for preparing same
TW201240114A (en) Optoelectronic devices including heterojunction
TW201308658A (en) Nitride semiconductor light-emitting device and method for producing the same
TW201001726A (en) Techniques for enhancing efficiency of photovoltaic devices using high-aspect-ratio nanostructures
TW201251079A (en) Photon recycling in an optoelectronic device
US20120314726A1 (en) Laser diode using zinc oxide nanorods and manufacturing method thereof
JP2013524547A5 (en)
TW201251082A (en) Metallic contacts for photovoltaic devices and low temperature fabrication processes thereof
TW201242066A (en) Method of fabricating solar cell
CN103296170A (en) AlGaN base deep ultraviolet LED device and manufacturing method thereof
CN207021278U (en) A kind of light emitting diode with composite electron barrier layer
Wong et al. Boosting short-circuit current with rationally designed periodic Si nanopillar surface texturing for solar cells
Wang et al. Electrically pumped random lasing from hydrothermal ZnO films of large grains
Hoang et al. The effect of dislocation loops on the light emission of silicon LEDs
RU117716U1 (en) Light emitting element
TWI504006B (en) Crystalline solar cell having doped sic layer and manufacturing method thereof
RU120287U1 (en) Light emitting element
TW201019508A (en) Semiconductor body and method for manufacturing a semiconductor body
RU117044U1 (en) Light emitting element
Zhai et al. Enhanced electroluminescence from Si quantum dots-based light-emitting devices with Si nanowire structures and hydrogen passivation
CN105977138B (en) It is grown in GaN film on yttrium-aluminium-garnet substrate and preparation method thereof, application