RU120287U1 - Light emitting element - Google Patents

Light emitting element Download PDF

Info

Publication number
RU120287U1
RU120287U1 RU2012103732/28U RU2012103732U RU120287U1 RU 120287 U1 RU120287 U1 RU 120287U1 RU 2012103732/28 U RU2012103732/28 U RU 2012103732/28U RU 2012103732 U RU2012103732 U RU 2012103732U RU 120287 U1 RU120287 U1 RU 120287U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
emitting element
type
layer
light
Prior art date
Application number
RU2012103732/28U
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 RU2012103732/28U priority Critical patent/RU120287U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU120287U1 publication Critical patent/RU120287U1/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. 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.

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 р-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 impurities, 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 р- 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, 2002 г.)Also known is a light emitting element containing 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 emission of a light-emitting element due to the possibility of decreasing crystallite sizes of β-FeSi 2 semiconductor iron disilicide (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 р- 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.The solution of this problem is provided by the fact that a light-emitting element containing p-type and n-type silicon layers, between which an active layer of a semiconductor comprising β-FeSi 2 nanocrystallites embedded in single-crystal unalloyed silicon is enclosed in the region of its pn junction, is characterized in that the active layer is saturated with β-FeSi 2 nanocrystallites with sizes from 20 to 40 nm.

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 поверхности кремния, полученное методом сканирующей атомно-силовой микроскопии, на которой сформированы наноостровки дисилицида железа β-FeSi2, которые впоследствии будут агрегированы в нанокристаллиты дисилицида железа β-FeSi2 с размерами 20-40 нм.The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 schematically shows a general view of a light-emitting element, Fig. 2 shows an image of a silicon surface obtained by scanning atomic force microscopy, on which nanoislands of iron disilicide β-FeSi 2 are formed , which will subsequently be are aggregated into nanocrystallites of iron disilicide β-FeSi 2 with sizes of 20-40 nm.

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 кремния4 - layer of single-crystal unalloyed silicon

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

6 - положительный электрод6 - positive electrode

7- отрицательный электрод.7- negative electrode.

8 - наноостровки дисилицида железа β-FeSi2.8 - nanoislands of iron disilicide β-FeSi 2 .

На верхней торцевой поверхности подложки 1 со срезом вдоль кристаллической плоскости (100) или (111) размещен слой 2 нелегированного кремния, на котором размещен активный слой из нанокристаллитов 3, заращенные слоем 4 нелегированного кремния. Над активным слоем 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 an active layer of nanocrystallites 3 placed overgrown with an undoped silicon layer 4 is placed. Above the active layer with nanocrystallites 3 there is a silicon layer 5 of the second type of conductivity. 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 на поверхности кремния наноостровков дисилицида железа (на промежуточном этапе) подтверждается изображением образца, полученным методом сканирующей атомно-силовой микроскопии (см. фиг.2). Этот образец был получен осаждением 0,2 нм железа со скоростью 4×10-3 нм/сек. Большая часть поверхности занята небольшими островками с латеральными размерами 24 нм, высотой - 4 нм и концентрацией 4,7×1010 см-2. Островки имеют округлую форму и располагаются отдельно друг от друга или выстраиваются в цепочки длиной до 7 островков. Кроме того, на поверхности присутствует небольшое количество крупных островков (концентрация 7×108 см-2), размеры которых примерно в 2 раза больше размеров малых островков: высота - 9 нм, а латеральные размеры - 39 нм.The formation on the silicon surface of nanoislands of iron disilicide (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 precipitation of 0.2 nm of iron at a speed of 4 × 10 -3 nm / s. Most of the surface is occupied by small islands with lateral dimensions of 24 nm, a height of 4 nm and a concentration of 4.7 × 10 10 cm -2 . The islands have a rounded shape and are located separately from each other or are arranged in chains up to 7 islands long. In addition, on the surface there is a small number of large islands (concentration 7 × 10 8 cm -2 ), the sizes of which are approximately 2 times larger than the sizes of small islands: height - 9 nm, and lateral sizes - 39 nm.

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 5×10-2- 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. 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.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 -2 - 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. 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 р-типа, для обеспечения возможности формирования области р-n-перехода (при использовании подложки из кремния р-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) is chosen as the substrate, the epitaxial layer of silicon 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 substrate of silicon p-type, the epitaxial layer of silicon should be n-type, ie the phrases "first type" and "second type" only speak about the need to use silicon of different 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.
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.
Figure 00000001
RU2012103732/28U 2012-02-03 2012-02-03 Light emitting element RU120287U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103732/28U RU120287U1 (en) 2012-02-03 2012-02-03 Light emitting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103732/28U RU120287U1 (en) 2012-02-03 2012-02-03 Light emitting element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU120287U1 true RU120287U1 (en) 2012-09-10

Family

ID=46939401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012103732/28U RU120287U1 (en) 2012-02-03 2012-02-03 Light emitting element

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU120287U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
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
US8787416B2 (en) Laser diode using zinc oxide nanorods and manufacturing method thereof
TW201240114A (en) Optoelectronic devices including heterojunction
TW201001726A (en) Techniques for enhancing efficiency of photovoltaic devices using high-aspect-ratio nanostructures
TW201041183A (en) Devices formed from a non-polar plane of a crystalling material and method of making the same
CN1508885A (en) High-speed photoelectric diode having slow light carrier barrier layer and formation method thereof
TW200952194A (en) Photovoltaic devices with enhanced efficiencies using high-aspect-ratio nanostructures
Liu et al. Noise properties of Mg-doped ZnO nanorods visible-blind photosensors
CN101960611B (en) Photovoltaic devices with high-aspect-ratio nanostructures
Hazra et al. A p-silicon nanowire/n-ZnO thin film heterojunction diode prepared by thermal evaporation
US9570359B2 (en) Substrate structure, complementary metal oxide semiconductor device, and method of manufacturing complementary metal oxide semiconductor device
Zhang et al. n-ZnO/p-Si 3D heterojunction solar cells in Si holey arrays
TW201242066A (en) Method of fabricating solar cell
Hoang et al. The effect of dislocation loops on the light emission of silicon LEDs
TW201027765A (en) Tandem solar cell
RU120287U1 (en) Light emitting element
RU117716U1 (en) Light emitting element
TWI504006B (en) Crystalline solar cell having doped sic layer and manufacturing method thereof
RU117044U1 (en) Light emitting element
CN105789399A (en) P-type wide band gap oxide and ZnO combined vertical structure luminescent device and manufacturing method thereof
TW201019508A (en) Semiconductor body and method for manufacturing a semiconductor body
Zhai et al. Enhanced electroluminescence from Si quantum dots-based light-emitting devices with Si nanowire structures and hydrogen passivation
Zhou et al. The III-nitrides as a universal compound semiconductor material: a review
KR101650442B1 (en) Hybride solar cell device