RU1389U1 - Полупроводниковый светодиод - Google Patents
Полупроводниковый светодиод Download PDFInfo
- Publication number
- RU1389U1 RU1389U1 RU94005893/25U RU94005893U RU1389U1 RU 1389 U1 RU1389 U1 RU 1389U1 RU 94005893/25 U RU94005893/25 U RU 94005893/25U RU 94005893 U RU94005893 U RU 94005893U RU 1389 U1 RU1389 U1 RU 1389U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- erbium
- electron
- doped
- silicon
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 15
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims abstract description 11
- -1 erbium ions Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
Полупроводниковый светодиод на основе кремния, содержащий последовательно расположенные p+ - подложку, p-слой, легированный эрбием и кислородом, p-слой и прозрачный для излучения токопроводящий слой, отличающийся тем, что между легированным и токопроводящим слоями дополнительно введен туннельно-тонкий диэлектрический слой толщиной d, отвечающий соотношению: d0>d>Eв/(q*Eпр) , где d0 - максимально возможная толщина для туннелирования электрона, см; Ев - энергия электронов, достаточная для ударного возбуждения ионов эрбия, Дж; Епр - напряженность поля при пробое диэлектрика, В/см; q - заряд электрона, кул.
Description
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СВЕТОДИОД
Полезная модель относится к полупроводниковой оптоэлетронике и может быть использована для создания интегральнмтс схем с опти11 екой связью.
Широко известньт высокоэффективные полупроводниковые светодиоды на основе соединений А% , в частности, на основе арсенида галлия, содержащего р-п перегод LIj .
Недостатком этих светодиодев является плохая совместимость с кремни евьши интегральными схемами, большая ширина линии из лучения-- ЮООА и длина волнь излучения 0,, сильно отличающаяся от оптимальной ( I,54jui ) для волоконной оптики.
Известны полупроводниковые светодиоды на основе МОП структуры, образованной вырожденной полупроводниковой пленкой п типа, туннельно тонким диэлектриком и электропроводящей пленкой 23. Недостатком таких светодиодов является малая эффективность возбужде ния люминесценции, т.к. МОП структура является нех-«ффективньпл инжектором дырок.
Известен также полупроводниковый светодиод на основе кремния , легированного эрбием 3J , взятый нами за прототип. Утот светодиод содертит р подложку, на которую нанесен р-слоя. ь р-слои введен ИОННОЙ имплантацией эрбий в количестве 10 10 и кислород1и- ° iU см. Толщина легированного р-слоя примерно равна диффузионной длине пробега электрона. Поверх р слоя с этими примесями въшолнен п слои с металлическим контактом к нему, Ханой светодйод хорошо совместим с кремниевыми интегральными схемами , имеет малую ширину линии излучения ( 1UU А волны излучения 1, ,являющуюся оптимальной для волоконной оптики. Недостатком этого светодиода является невысокая квантовая эффективность электролюминесценции, связанная с малой энергией носителей, инжектируемых р -гомоэмиттером. В этих условиях возбуждений атома может осуществляться только вследствие оже-процесса, вероятность которого сравнительно невелика. Этот процесс идет с промежуточным захватом носителей на примесные состояния, образованные комплексами с кислородом, глубина которых-0,1-гО, в запрещенной зоне кремния. С увеличением температуры возрастает вероятность выброса носителей с этих уровней, что приводит к резкому снижению эффективности возбуждения люминесценции. Поэтому такие приборы работают обычно при охлаждении жидким азотом, а при
,33/00
-
3ч 0 и s
-S( практически сигнал не регистрируется). Задачей предлагаемого решения является увеличение квантовой эффективности электролюминесценции и повьшение рабочей температуры светодиода. Указанная задача решается тем, что в полупроводниковом светодиоде на основе кремния, содержащем последовательно расположенные Р подложку, р слой, легированный эрбием и кислородом р слой и прозрачный для излучения токопроводящий слой, между токопроводящим и легированным слоями дополнительно введен туннельнотонкий диэлектрический слой толщиной , отвечающий соотношению: ; / Bi ( а , где .) (см) - максимально возможная толщина для туннелирования электрона, Е (дж) - энергия электронов, достаточная для ударного возбуждения ионов эрбия (Eg%0, е/ для Е ) п (В/см) - напряженность поля при пробое диэлектрика, (кул) - заряд электрона. Введение в кремниевый светодиод туннельно-тонкого слоя диэлект рика заданной толщины позволяет обеспечить ударное возбуждение ионов эрбия как за счет туннелирующих электронов из токопроводящего слоя, так и за счет вторичных электронов и дырок, которые созданы ударной ионизацией наряду с оже-возбуждением ионов эрбия, что и приводит к увеличения квантовой эффективности электролюминесценции и повышению рабочей температуры светодиода. Суть изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема светодиода. Светодиод содержит р-слой I, поверх которого нанесен легированный эрбием и кислородом р-слой 2, туннельно-тонкий диэлектрический слой 3, прозрачный для излучения токопроводящий слой 4, которые размещены на рподложке 5. Работает предлагаемый светодиод следующим образом. При приложении к нему внешнего напряжения показанной на чертеже полярности (- на то ко проводящем слое 4, выполненном,из l feтaJlлa, + на р подложкеЗ) это налряжение оказывается практически полностью приложенным к диэлектрическому слою 3. При этом уровень Ферми кремния смещается вниз относительно уровня Ферми металла. Когда уровень Ферми металла оказывается выше дна зоны проводимости р-слоя I ,
- начинается туннельная инжекция электронов из металла в полупроводник-креьший. При дальнейшем повышении напряжения энергия туннелирующих электронов возрастает и когда она становится большей 0,8cV , начинается ударное возбуждение ионов эрбия в слое 2 сопровождающееся излучением на длине волны I,54j4 . При энергии электронов большей, чем ширина запрещенной зоны кремния Е I,I2e-v/ одновременно с возбуждением ионов эрбия начинается ударная ионизация атомов кремния, приводящая к образованию дополнительных электронно-дырочных пар. При напряжении на диэлектрическом слое большем, чем 1,92 В, т.е. при энергии туннелирующих электронов большей 1, , становится вероятным ударное возбуждение ионов эрбия не только туннелиругощими, но и вторичными электрона ли и дырками, созданными ударной ионизацией. Кроме того, горячие электроны с энергией, большей 0,Ii,i могут также производить оже-возбуждение атомов эрбия с основного мультиплета 41 15/2 на второй возбужденный мультиплет 41II/2 с последующим безизлучательным переходом на 41 13/2, с которого и происходит люминесцентшя на волне I,54j4(c . Этот проттеес дополнительно повышает ЫЦ рктивность люминесценции. В отличие от прототип., во всех этих процессах не участвуют сравнительно мелкие примесные состояния, и поэтому повшгение температурн ме снижает эффективность лю данссцвниии, выэванней горячими электронами. Остывшие электроны производят возбуждение атомов эрбия за счет оже-воэбуждения, как в прототипе. Таким обрезом, увеличение энергии носителей, инжектируемых в объем кремния, легированный эрбием, доетигаемюе за счет наличия дополнительного диэлектрического слоя, приводит к появлению новых каналов преобразования энергии носителей в световую энергию, что увеличивает по мере роста напряжения на диоде квантовый выход. Такой характер процесса o6ecnetmBaeT очень эффективное возбуждение ионов эрбия и, вследствие этого, высокую квантовую эффективность предлагаемого свеа-одиода, которая сохраняется при повышении температуры.
Толщина Д11электрическо10 слоя выоирается из следующих соображении. Она, естественно, не может оыть оольшея, чем максимально возможная тол1цина do , при которой еще возмож§ о туннелирование электронов ( для St 0, на кремнии с/с А;. С другой стороны, она должна оыть большей, чем d - , где Е - энергия возбуждения ионов эрбия в кремнии, гх - предельная напряженность поля в диэлектрике, приводящая к его прооою. Приведенное выражение пи сути, показывает, что толщина изолирующего слоя должна оыть
достатохшой для того, чтооы выдержать напряжение, неооходимое для придания туннелирующему электрону энергии не менее 0,8е./, достаточной для непосредсгвенного ударного возоуждения атомов эр бия. Концентрация легирующей примеси эрбия и кислорода лежит в тех же пределах, что и у прототипа, а глубина легирования должна лежать в пределах между длиной диффузии электрона и длин пролета электрона.
Конкретный пример изготовления.
Согласно предлагаемому изобретению были изготовлены полупроводниковые люминесцентные светодиоды по следующей технологической схеме.
Кремниевая р р-подложка состояла из р -пластины толщиной 400 мкм и j 0,01 Ом см, на которой была выращена легированная бором эпитаксиальная пленка р-типа , толщиной с Ом см. В эту пленку была приведена имплантация эрбия с концентрацией в максимуме 3x10 см на глубине 0,1 мкм и кислорода с концентрацией 5x10 см на такой же глубине. После имплантации подложка отжигалась при температуре 850°С в токе азота в течение 30 мин, а затем на ней выращивался туннельно-тонкий ( 30 & ) слой окисла в токе сухого кислорода при температуре 700°С в течение 30 мин. Металлический контакт толщиной 0,5 мкм наносился методом термического испарения алюминия при температуре подложки 200°С, Люминесценция исследовалась с помощью германиевого фотодиода с примесью золота, охлаждаемого жидким азотом (максимум чувствительности 1,) Спектр излучения для ербия имел пять характерных узких линий. Максимальная интенсивность наблюдалась в узкой линии на длине волны I, . Внешняя квантовая эффективность свете диода была ,4 % при комнатной температуре. в прототипе она практически не регвстрировалась.Таким образом, предлагаемое изобретение позволило создать высокоэффективный кремниевый еветодиод, работающий при комнатной температ гре,
/У иг /
ЛИТЕРАТУРА
1.С.Зи Физика полупроводниковых приборов, Москва, Мир, 1984, книга 2, сгр.278 - ii95.
2.Ж.Панков Оптические процессы в полупроводниках, москва. Мир, 1973, стр.266.
3.P.Y.G. Ren, I. Michel, Q. Sun-Paduano, B. Zheng,H.Kitagawa, D.O.Jacobson, J.M, Poate and L.G. Kimerling 10 CompatiЪle Processing of SitEr for optoelectronics. Materials research society symposima proceedings. Vol. 30 , 1993) April 13-15, San Francisco, California, USA.
/
Claims (1)
- Полупроводниковый светодиод на основе кремния, содержащий последовательно расположенные p+ - подложку, p-слой, легированный эрбием и кислородом, p-слой и прозрачный для излучения токопроводящий слой, отличающийся тем, что между легированным и токопроводящим слоями дополнительно введен туннельно-тонкий диэлектрический слой толщиной d, отвечающий соотношению: d0>d>Eв/(q*Eпр) , где d0 - максимально возможная толщина для туннелирования электрона, см; Ев - энергия электронов, достаточная для ударного возбуждения ионов эрбия, Дж; Епр - напряженность поля при пробое диэлектрика, В/см; q - заряд электрона, кул.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94005893/25U RU1389U1 (ru) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | Полупроводниковый светодиод |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94005893/25U RU1389U1 (ru) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | Полупроводниковый светодиод |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1389U1 true RU1389U1 (ru) | 1995-12-16 |
Family
ID=48263732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94005893/25U RU1389U1 (ru) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | Полупроводниковый светодиод |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1389U1 (ru) |
-
1994
- 1994-02-14 RU RU94005893/25U patent/RU1389U1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SU773795A1 (ru) | Светоизлучающий прибор | |
Migliorato et al. | Analysis of the electrical and luminescent properties of CuInSe2 | |
JP2549723B2 (ja) | シリコンエレクトロルミネセント素子 | |
Fiory et al. | Light emission from silicon: Some perspectives and applications | |
US4081764A (en) | Zinc oxide light emitting diode | |
Canham et al. | 1.3‐μm light‐emitting diode from silicon electron irradiated at its damage threshold | |
JP5624723B2 (ja) | 固体発光デバイス用のピクセル構造 | |
KR19980070127A (ko) | 하이브리드형 유기물-무기물 반도체 발광 다이오드 | |
US3646406A (en) | Electroluminescent pnjunction diodes with nonuniform distribution of isoelectronic traps | |
JP2004296950A (ja) | 発光素子と発光装置並びに情報ディスプレイ装置 | |
US3728594A (en) | Electroluminescent device comprising a transition metal oxide doped with a trivalent rare earth element | |
JP2008516456A (ja) | 高効率発光ダイオード | |
Wang et al. | Hot electron impact excitation cross-section of Er 3+ and electroluminescence from erbium-implanted silicon metal-oxide-semiconductor tunnel diodes | |
US3604991A (en) | Injection-type semiconductor laser element | |
US3387163A (en) | Luminescent semiconductor devices including a compensated zone with a substantially balanced concentration of donors and acceptors | |
RU1389U1 (ru) | Полупроводниковый светодиод | |
Lawther et al. | Forward‐bias electroluminescence in ZnSe diodes | |
Lagerstedt et al. | Properties of GaN tunneling MIS light‐emitting diodes | |
Abdel-Kader et al. | Blue light emitting ZnS diodes | |
CN100496177C (zh) | 包含硅基稀土掺杂发光材料的电致发光器件及制备方法 | |
Kennedy et al. | The effect of annealing procedures on photoluminescence and electroluminescence in ZnTe | |
Thomas | Light-emitting diodes | |
RU2038654C1 (ru) | Люминесцентный прибор | |
Yee et al. | Electroluminescence of the CdS, MOS diode | |
Chang et al. | 1.54 μm electroluminescence from erbium-doped SiGe light emitting diodes |