RU1632278C - Method for manufacturing light-emitting diode patterns - Google Patents

Method for manufacturing light-emitting diode patterns Download PDF

Info

Publication number
RU1632278C
RU1632278C SU4716113A RU1632278C RU 1632278 C RU1632278 C RU 1632278C SU 4716113 A SU4716113 A SU 4716113A RU 1632278 C RU1632278 C RU 1632278C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parameters
irradiation
temperature
layer
annealing
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.А. Водаков
Е.Н. Мохов
А.Д. Роенков
Р.Г. Веренчикова
А.И. Гирка
С.В. Свирида
А.Д. Мокрушин
А.В. Шишкин
Original Assignee
Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе 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 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН filed Critical Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Priority to SU4716113 priority Critical patent/RU1632278C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1632278C publication Critical patent/RU1632278C/en

Links

Abstract

FIELD: semiconductor engineering. SUBSTANCE: p-n-p junction is shaped on SIC substrate by epitaxy; first SIC layer of p-type conductivity is applied, then that of n-type conductivity. After that substrate is irradiated by electrons; irradiation conditions are chosen so as to ensure homogeneous alloying of luminescent-active layer by radiation defects with predetermined and easily implemented concentration of centers of radiating recombination. For final procedure, pattern is annealed at 1700 to 1800 C. EFFECT: improved reproducibility of parameters.

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к изготовлению источников света с излучением в зеленой, голубой и в других областях спектра в зависимости от выбранного политипа подложки. The invention relates to semiconductor technology, in particular to the manufacture of light sources with radiation in green, blue and other spectral regions depending on the selected substrate polytype.

Целью изобретения является обеспечение воспроизводимости параметров структур. The aim of the invention is to ensure reproducibility of the parameters of the structures.

Предлагаемый способ позволяет сначала сформировать качественный p-n-переход путем наращивания эпитаксиального слоя р-типа проводимости на слой n-типа проводимости, а затем с помощью облучения электронами и последующего отжига ввести в n-слой люминесцентно-активные центры. Необходимость наращивания слоя р-типа проводимости на слой SiC n-типа проводимости связана с тем, что эффективная излучательная рекомбинация возникает в слое SiC р-типа проводимости в случае инжекции дырок из слоя SiC р-типа проводимости. Сформированный p-n-переход должен обладать необходимыми физическими параметрами, обеспечивающими эффективную однородную инжекцию дырок в люминесцентно активный слой n-типа проводимости. The proposed method allows you to first form a high-quality p-n junction by growing the p-type epitaxial layer on the n-type conductivity layer, and then, using electron irradiation and subsequent annealing, introduce luminescent-active centers into the n-layer. The need to build up the p-type conductivity layer on the n-type SiC layer is due to the fact that effective radiative recombination occurs in the p-type SiC layer in the case of injection of holes from the p-type SiC layer. The formed p-n junction should have the necessary physical parameters that ensure efficient uniform injection of holes into the luminescent active layer of the n-type conductivity.

Необходимость облучения электронами созданного р-n-перехода обусловлена тем, что при этом обеспечивается практически однородное легирование люминесцентно-активного слоя радиационными дефектами с заданной и легко реализуемой концентрацией центров излучательной рекомбинации, что приводит к однородности люминесценции по площади всего образца и воспроизводимости параметров всех светодиодов, созданных на этом образце. The need for electron irradiation of the created pn junction is due to the fact that this ensures almost uniform doping of the luminescent-active layer with radiation defects with a given and easily realized concentration of centers of radiative recombination, which leads to uniform luminescence over the area of the entire sample and reproducibility of the parameters of all LEDs, created on this sample.

Энергия облучающих электронов лежит в пределах 2,0-5,0 МэВ. При облучении электронами с энергией меньше, чем 2,0 МэВ образуется недостаточная концентрация радиационных центров излучательной рекомбинации и эффективность люминесценции падает, т.е. ухудшаются параметры светодиодов. При облучении электронами с энергией больше, чем 5,0 МэВ образуются кластеры, которые могут сохраниться и после высокотемпературного отжига, что резко ухудшает воспроизводимость параметров светодиодов. The energy of the irradiating electrons is in the range of 2.0-5.0 MeV. When irradiated with electrons with energies less than 2.0 MeV, an insufficient concentration of radiation centers of radiative recombination is formed and the luminescence efficiency decreases, i.e. LEDs degrade. When irradiated with electrons with an energy greater than 5.0 MeV, clusters are formed that can persist even after high-temperature annealing, which sharply affects the reproducibility of the LED parameters.

При облучении электронами дозами меньше, чем 1018 см-2 существенно уменьшается концентрация люминесцентно-активных радиационных центров, что приводит к уменьшению эффективности электролюминесценции и, следовательно, к ухудшению параметров светодиодов. При дозе электронов больше, чем 5˙1018 см-2 необходимы более высокотемпературные отжиги для уменьшения концентрации радиационных безызлучательных центров рекомбинации. Однако, при температурах больше 1800оС начинается отжиг и люминесцентно-активных центров, что приводит к уменьшению эффективности люминесценции и ухудшению воспроизводимости параметров светодиодов.When irradiated with electrons in doses less than 10 18 cm -2 , the concentration of luminescent-active radiation centers is significantly reduced, which leads to a decrease in the efficiency of electroluminescence and, consequently, to a deterioration in the parameters of LEDs. At a dose of electrons greater than 5 1810 18 cm -2 , higher-temperature anneals are required to reduce the concentration of radiation nonradiative recombination centers. However, at temperatures above 1800 ° C and annealing begins luminescence-active sites, which reduces the deterioration of luminescence efficiency and reproducibility of the parameters of LEDs.

При облучении при температуре ниже 30оС воспроизводимость параметров светодиодов снижается вследствие неоднородности распределения люминесцентно-активных центров из-за низких подвижностей возникающих радиационных дефектов. Облучение при температуре выше 500оС приводит к уменьшению количества центров излучательной рекомбинации из-за того, что возникающие радиационные дефекты, как установлено методом позитронной спектроскопии, при таких температурах облучения объединяются в более сложные комплексы, являющиеся центрами безызлучательной рекомбинации, что приводит к ухудшению параметров светодиодов.Upon irradiation at a temperature below 30 ° C reproducibility parameters LEDs decreases due to nonuniform distribution luminescence-active centers because of the low mobilities arising from radiation-induced defects. Irradiation at a temperature above 500 ° C results in fewer centers radiative recombination due to the fact that the resulting radiation defects as set by positron spectroscopy, at such temperatures the irradiation combined into more complex systems, which are nonradiative recombination centers, which results in deterioration parameters LEDs.

При температурах отжига ниже 1700оС еще не образуется достаточное количество радиационных люминесцентно-активных центров и не полностью отжигаются центры безызлучательной рекомбинации, что приводит к ухудшению параметров светодиодов. При температуре отжига выше, чем 1800оС начинается отжиг самих люминесцентно-активных центров т.е. эффективность люминесценции падает и ухудшается воспроизведение параметров светодиодов.At annealing temperatures below about 1700 C has not produced a sufficient amount of radiation-induced luminescence-active centers and are not fully annealed nonradiative recombination centers, which leads to deterioration of the LED parameters. At an annealing temperature higher than 1800 о С, annealing of the luminescent-active centers themselves begins, i.e. the luminescence efficiency decreases and the reproduction of the LED parameters deteriorates.

П р и м е р 1. В качестве подложки используют кристаллы SiC политипа 6Н n-типа проводимости с концентрацией нескомпенсированных доноров (Nd-Na) = 4 х 1018 см-3, определяемой по оптическому поглощению. Плотность дислокаций выходящих на базисную плоскость (0001), не более 103 см-2. Травлением в КОН при температуре 400оС в течение 15 мин с поверхности подложки удаляют слой толщиной 20 мкм. После травления идентифицировались полярные грани (0001). Эпитаксиальные слои формируют на плоскости (0001)С, которая предпочтительна с точки зрения создания меза-структур. Эпитаксиальное наращивание слоев n- и р-типа проводимости осуществляют сублимацией. Рост слоев n-типа проводимости производят в вакууме 10-3 Па, при температуре 1750оС в течение 1 ч. Далее образцы контролируют по толщине слоя и концентрации (Nd-Na). Толщина слоя измеряется на приготовленных торцовых шлифах с помощью микроскопа МДЛ с точностью до 1 мкм и она составляет 15 мкм. Концентрация (Nd-Na) определяется методом локального пробоя поверхностных диодов и составляет 4˙1017 см-3. Рост слоя р-типа проводимости проводится в атмосфере Ar в присутствии паров Al ( ≈ 100 Па) при температуре 2500оС. Продолжительность роста 20 мин. Толщина наращенного слоя 5 мкм. На полученных структурах измеряют концентрацию акцепторной примеси Al, которая была на уровне 5˙1020 см-3.Example 1. As a substrate, SiC crystals of the 6H polytype of n-type conductivity with a concentration of uncompensated donors (Nd-Na) = 4 x 10 18 cm -3 , determined by optical absorption, are used. The density of dislocations emerging on the basal plane (0001), not more than 10 3 cm -2 . Etching in KOH at a temperature of 400 ° C for 15 min removed from the surface of the substrate layer was 20 microns thick. After etching, polar faces (0001) were identified. Epitaxial layers are formed on the (0001) C plane, which is preferable from the point of view of creating mesa structures. Epitaxial buildup of n- and p-type conductivity layers is carried out by sublimation. The growth of the layers n-type conductivity is carried out in a vacuum of 10 -3 Pa, at a temperature of 1750 C for 1 hour. The samples were then monitored over the layer thickness and the concentration (Nd-Na). The layer thickness is measured on the prepared end sections using an MDL microscope with an accuracy of 1 μm and it is 15 μm. The concentration of (Nd-Na) is determined by the method of local breakdown of surface diodes and is 4˙10 17 cm -3 . The growth of the p-type conduction layer is carried out in an Ar atmosphere in the presence of Al vapor (≈ 100 Pa) at a temperature of 2500 о С. The thickness of the extended layer is 5 μm. On the obtained structures, the concentration of Al acceptor impurity is measured, which was at a level of 5 × 20 20 cm -3 .

После формирования р-n-перехода образец облучают потоком электронов на линейном ускорителе. Доза облучения 1018 см-2, энергия электронов 2,0 МэВ, температура облучения 30оС. Полученные структуры отжигают в атмосфере аргона при температуре 1700оС в течение 10 мин.After the formation of the pn junction, the sample is irradiated with a stream of electrons at a linear accelerator. The irradiation dose of 10 18 cm -2, the electron energy of 2.0 MeV irradiation temperature of 30 C. The obtained structure is annealed in argon at 1700 ° C for 10 min.

Далее для измерения параметров электролюминесценции формируют омические контакты: к р-слою - металлический Al и к n-слою сплав (Ni + W). Then, to measure the electroluminescence parameters, ohmic contacts are formed: metal Al to the p-layer and alloy (Ni + W) to the n-layer.

Затем методом фотолитографии и травления в КОН создают изолированные светодиодные структуры (до 200 структур на одном кристалле) и проводят измерения спектра электролюминесценции и внешний квантовый выход диодной структуры. Относительные измерения квантового выхода на всех структурах проводят с помощью фотометрической головки для измерения интегральной мощности с эталонным фотоэлементом. Максимум излучения лежит в спектральной области 530 нм. Внешний квантовый выход был равен 2,0˙10-4 с разбросом по всем структурам не более 10%, что полностью обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов, расположенных на одной подложке и расширяет область их использования.Then, photolithography and etching in KOH create isolated LED structures (up to 200 structures on a single crystal) and measure the electroluminescence spectrum and the external quantum yield of the diode structure. Relative measurements of the quantum yield on all structures are carried out using a photometric head for measuring integrated power with a reference photocell. The maximum radiation lies in the spectral region of 530 nm. The external quantum yield was 2.0˙10 -4 with a spread across all structures of no more than 10%, which fully ensures the reproducibility of the parameters of the LEDs located on the same substrate and expands the scope of their use.

П р и м е р 2. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 2,5˙1018, энергия 3,5 МэВ, температура облучения 300оС, температура отжига 1750оС, время отжига 10 мин. Внешний квантовый выход 2,5˙10-4 с разбросом по всем структурам не более 10%, что обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов на одной подложке и расширяет область их использования.PRI me R 2. The conditions for the preparation of substrates, the modes of growth of the p-layers, the sequence of operations are the same as in example 1. The dose of irradiation with electrons 2.5 ˙ 10 18 , the energy of 3.5 MeV, the irradiation temperature of 300 about annealing temperature 1750 о С, annealing time 10 min. An external quantum yield of 2.5 × 10 -4 with a spread across all structures of not more than 10%, which ensures reproducibility of the LED parameters on one substrate and expands the scope of their use.

П р и м е р 3. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 5˙1018 см-2, энергия электронов 5 МэВ, температура облучения 500оС, температура отжига 1800оС, время отжига 10 мин. Внешний квантовый выход 2,3˙10-4, с разбросом по всем структурам не более 10%, что обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов на одной подложке и расширяет область их использования.PRI me R 3. The conditions for the preparation of substrates, the modes of growth of the pn layers, the sequence of operations are the same as in example 1. The dose of irradiation with electrons 5˙10 18 cm -2 , the electron energy 5 MeV, the irradiation temperature 500 about C, annealing temperature 1800 о С, annealing time 10 min. An external quantum yield of 2.3˙10 -4 , with a spread across all structures of no more than 10%, which ensures reproducibility of the LED parameters on one substrate and expands the scope of their use.

П р и м е р 4. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения 5˙1017 см-2, энергия 1,4 МэВ, температура облучения 0оС, температура отжига 1650оС, время отжига 10 мин. Квантовый выход светодиодов 8˙10-5, с разбросом по всем структурам не менее 30%.PRI me R 4. The conditions for the preparation of substrates, the modes of growth of the pn layers, the sequence of operations are the same as in example 1. The radiation dose of 5-10 17 cm -2 , energy 1.4 MeV, the irradiation temperature of 0 about C, the annealing temperature of 1650 C, the annealing time of 10 min. The quantum output of LEDs is 8˙10 -5 , with a spread across all structures of at least 30%.

П р и м е р 5. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 1019 см-2, энергия электронов 6 МэВ, температура облучения 600оС, температура отжига 1850оС, время отжига 10 мин. Квантовый выход светодиодов 10-4, с разбросом по всем структурам не менее 30%.PRI me R 5. The conditions for the preparation of substrates, the modes of growth of the pn layers, the sequence of operations are the same as in example 1. The dose of electron irradiation 10 19 cm -2 , the electron energy of 6 MeV, the irradiation temperature of 600 about With annealing temperature 1850 ° C, the annealing time of 10 min. The quantum output of LEDs is 10 -4 , with a spread across all structures of at least 30%.

Как видно из примеров 4 и 5, где приведены запредельные параметры облучения электродами и отжига структур, положительный эффект резко снижается. As can be seen from examples 4 and 5, where the transcendental parameters of irradiation with electrodes and annealing of structures are given, the positive effect is sharply reduced.

П р и м е р 6. В качестве подложки используют кристаллы SiC политипа 4Н n-типа проводимости с концентрацией нескомпенсированных доноров (Nd - Na) = 4˙1018 см-3. Условия подготовки подложек, режимы наращивания р-n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения электронами 2,5˙1018, энергия 3,5 МэВ, температура облучения 300оС, температура отжига 1750оС, время отжига 10 мин.PRI me R 6. As the substrate using crystals of SiC polytype 4H n-type conductivity with a concentration of uncompensated donors (Nd - Na) = 4 × 18 18 cm -3 . Conditions of preparation of substrates capacity modes p-n-layers, the sequence of operations are the same as in Example 1. The electron irradiation dose 2,5˙10 18, the energy of 3.5 MeV, the irradiation temperature is about 300 C, the annealing temperature 1750 ° C, annealing time 10 min.

Максимум излучения светодиодных структур лежит в спектральной области 4850А. Внешний квантовый выход был равен 1˙10-4 с разбросом по всем структурам не более 10%, что полностью обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов, расположенных на одной подложке и расширяет область их использования.The maximum emission of LED structures lies in the spectral region 4850A. The external quantum yield was 1˙10 -4 with a spread across all structures of no more than 10%, which fully ensures the reproducibility of the parameters of the LEDs located on the same substrate and expands the field of their use.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления светодиода обеспечивает воспроизводимость параметров светодиодов, созданных на одной подложке и расширяет область их использования (например, для создания модулей для записи и воспроизведения информации в аналоговых режимах). Thus, the proposed method for manufacturing the LED provides reproducibility of the parameters of the LEDs created on the same substrate and expands the scope of their use (for example, to create modules for recording and reproducing information in analog modes).

Дополнительными преимуществами можно считать упрощения и оптимизацию технологии, так как отсутствует опасность испарения тонкого р-слоя и то, что получаемые предлагаемым способом светодиоды обладают высоким быстродействием (время срабатывания τ≅ 10 нс), что обеспечивает высокую плотность записи и воспроизведения информации в оптоэлектронных системах. Simplification and optimization of the technology can be considered additional advantages, since there is no danger of thin p-layer evaporation and the LEDs obtained by the proposed method have high speed (response time τ время 10 ns), which ensures high recording and reproduction density of information in optoelectronic systems.

Claims (1)

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СТРУКТУР путем эпитаксиального наращивания на подложку SiC слоя SiC n-типа проводимости, на слой SiC n-типа проводимости слоя SiC p-типа проводимости, облучения и отжига, отличающийся тем, что, с целью обеспечения воспроизводимости параметров, облучение проводят электронами с энергией 2 - 5 МэВ дозой 1018 - 5 · 1018 см-2 при температуре 30 - 500oС, а отжиг проводят при температуре 1700 - 1800oС.METHOD FOR PRODUCING LED STRUCTURES by epitaxial growth of an n-type SiC layer on a SiC substrate, an n-type conductivity SiC layer, an p-type SiC layer on a p-type SiC layer, irradiation and annealing, characterized in that, in order to ensure reproducibility of the parameters, the irradiation is carried out by electrons with energy of 2 - 5 MeV with a dose of 10 18 - 5 · 10 18 cm -2 at a temperature of 30 - 500 o C, and annealing is carried out at a temperature of 1700 - 1800 o C.
SU4716113 1989-07-10 1989-07-10 Method for manufacturing light-emitting diode patterns RU1632278C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4716113 RU1632278C (en) 1989-07-10 1989-07-10 Method for manufacturing light-emitting diode patterns

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4716113 RU1632278C (en) 1989-07-10 1989-07-10 Method for manufacturing light-emitting diode patterns

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1632278C true RU1632278C (en) 1994-10-15

Family

ID=30441414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4716113 RU1632278C (en) 1989-07-10 1989-07-10 Method for manufacturing light-emitting diode patterns

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1632278C (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621372C2 (en) * 2015-09-18 2017-06-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method of semiconductor device manufacturing
RU2691772C1 (en) * 2018-03-06 2019-06-18 Публичное Акционерное Общество "Электровыпрямитель" Method for growth of epitaxial structure of monocrystalline silicon carbide with low density of epitaxial defects
RU2726904C1 (en) * 2019-10-25 2020-07-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чеченский государственный университет" Semiconductor device manufacturing method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1517657, кл. H 01L 21/261, 1987. *
Гусев В.М. и др. Получение p-n-переходов на эпитаксиальных пленках SiC методом ионного внедрения. - В сб.: Проблемы физики и технологии широкозонных полупроводников. Л., 1979, с.326-332. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621372C2 (en) * 2015-09-18 2017-06-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method of semiconductor device manufacturing
RU2691772C1 (en) * 2018-03-06 2019-06-18 Публичное Акционерное Общество "Электровыпрямитель" Method for growth of epitaxial structure of monocrystalline silicon carbide with low density of epitaxial defects
RU2726904C1 (en) * 2019-10-25 2020-07-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чеченский государственный университет" Semiconductor device manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5604135A (en) Method of forming green light emitting diode in silicon carbide
Ennen et al. 1.54‐μm electroluminescence of erbium‐doped silicon grown by molecular beam epitaxy
CA2005377C (en) Blue light emitting diode formed in silicon carbide
US3725749A (en) GaAS{11 {11 {11 P{11 {11 ELECTROLUMINESCENT DEVICE DOPED WITH ISOELECTRONIC IMPURITIES
US5319220A (en) Silicon carbide semiconductor device
Münch et al. Silicon carbide light-emitting diodes with epitaxial junctions
US3617820A (en) Injection-luminescent diodes
US5313078A (en) Multi-layer silicon carbide light emitting diode having a PN junction
Matsunami et al. SiC blue LED's by liquid-phase epitaxy
RU1632278C (en) Method for manufacturing light-emitting diode patterns
US5150191A (en) P-type II-VI compound semiconductor doped
Hart Green and yellow emitting devices in vapor-grown gallium phosphide
TW201400590A (en) SiC fluorescent material, manufacturing method thereof, and light-emitting component
Götz et al. Shallow and deep level defects in GaN
TW201501346A (en) Method for producing SiC material and SiC material laminate
CN109148658B (en) Ultraviolet L ED structure with AlGaN base grown on Si substrate by combining P L D with MOCVD method and preparation method thereof
RU1517657C (en) Manufacturing process for light-emitting diode structures
US20050124086A1 (en) Method for manufacturing a semiconductor device, and method for manufacturing a wafer
Beppu et al. High-efficiency GaP green LED's by Zinc diffusion into an n-LPE layer
JPH04163970A (en) Gallium nitride compound semiconductor light emitting element and manufacture thereof
JPH05304314A (en) Light emitting diode
RU1524738C (en) Manufacturing process for light-emitting diode structures
Shih et al. Al x Ga1− x As Grown‐Diffused Electroluminescent Planar Monolithic Diodes
US3977016A (en) Electroluminescent device and method of manufacturing same
Lebedev et al. 6H-SiC PN structures with predominate exciton electroluminescence, obtained by sublimation epitaxy