RU2159483C1 - Epitaxial semiconductor nitride structure of group a3 elements - Google Patents
Epitaxial semiconductor nitride structure of group a3 elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2159483C1 RU2159483C1 RU99118252A RU99118252A RU2159483C1 RU 2159483 C1 RU2159483 C1 RU 2159483C1 RU 99118252 A RU99118252 A RU 99118252A RU 99118252 A RU99118252 A RU 99118252A RU 2159483 C1 RU2159483 C1 RU 2159483C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- group
- atoms
- elements
- Prior art date
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к элементам полупроводниковых приборов и может быть использовано в светодиодах, лазерных диодах, биполярных транзисторах и т.д. The invention relates to elements of semiconductor devices and can be used in LEDs, laser diodes, bipolar transistors, etc.
Создание оптоэлектронных и микроэлектронных приборов на основе полупроводниковых соединений элементов группы А3 с азотом (нитриды А3) весьма актуально ввиду значительного расширения функциональных возможностей этих приборов. В частности, возникла возможность изготовления лазеров и светодиодов в зеленом, синем и ультрафиолетовом диапазонах. Однако существенной трудностью при промышленной реализации такого технического решения является характерное для нитридов группы А3 высокое сопротивление между p-слоем и внешним металлическим контактом. Следует указать, что во всех оптоэлектронных и части микроэлектронных приборов такие контакты являются необходимым элементом конструкции. При этом нужно отметить, что указанное выше высокое сопротивление резко ухудшает характеристики полупроводниковых приборов: коэффициент полезного действия, долговечность, пороговый ток, эффективность излучения лазерных диодов и др.The creation of optoelectronic and microelectronic devices based on semiconductor compounds of elements of group A 3 with nitrogen (nitrides A 3 ) is very important in view of the significant expansion of the functionality of these devices. In particular, it became possible to manufacture lasers and LEDs in the green, blue and ultraviolet ranges. However, a significant difficulty in the industrial implementation of such a technical solution is the high resistance characteristic of group A 3 nitrides between the p-layer and the external metal contact. It should be noted that in all optoelectronic and parts of microelectronic devices, such contacts are a necessary structural element. It should be noted that the above high resistance sharply worsens the characteristics of semiconductor devices: efficiency, durability, threshold current, radiation efficiency of laser diodes, etc.
Известны эпитаксиальные полупроводниковые структуры нитридов элементов группы А3 на кристаллических подложках, включающие p-слой GaN и снабженные внешним металлическим контактным слоем; металлический контактный слой представляет собой сплав Alln, см. С. Зи "Физика полупроводниковых приборов" книга 1, М., 1984, с. 320 (копия ссылки прилагается).Known epitaxial semiconductor structures of nitrides of elements of group A 3 on crystalline substrates, including a p-layer of GaN and provided with an external metal contact layer; the metal contact layer is an Alln alloy, see S. Z. "Physics of Semiconductor Devices" book 1, M., 1984, p. 320 (a copy of the link is attached).
Недостатком такого технического решения является высокое сопротивление между слоем GaN и металлическим контактным слоем, которое составляет более 10-1 Ом•см2.The disadvantage of this technical solution is the high resistance between the GaN layer and the metal contact layer, which is more than 10 -1 Ohm · cm 2 .
Известны также эпитаксиальные полупроводниковые структуры нитридов элементов группы А3 на кристаллических подложках, включающие, в частности, p-слой GaN, снабженный внешним металлическим контактным слоем, состоящим из сплава NiAu, см. Yasuo Koide "Dependence of electrical properties on work functions of metals contacting to p-type GaN; Applied Surface Science 117/118, 1997, pp. 373-379 (копия ссылки прилагается).Epitaxial semiconductor structures of nitrides of Group A 3 elements on crystalline substrates are also known, including, in particular, the GaN p-layer provided with an external metal contact layer consisting of a NiAu alloy, see Yasuo Koide "Dependence of electrical properties on work functions of metals contacting to p-type GaN; Applied Surface Science 117/118, 1997, pp. 373-379 (a copy of the link is attached).
Такая структура обеспечивает сопротивление между слоем GaN и металлическим контактным слоем, равное 10-2 Ом•см2. По нашим данным это сопротивление - минимальное для известных аналогов. В то же время оно слишком велико для обеспечения необходимых характеристик полупроводниковых приборов. Как отмечается в упомянутой выше статье, для достижения высоких характеристик этих приборов и, в частности лазеров, указанное сопротивление должно быть значительно ниже. В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания такой эпитаксиальной полупроводниковой структуры элементов группы А3 на кристаллической подложке, которая позволила бы увеличить коэффициент полезного действия и долговечность полупроводниковых приборов, повысить эффективность излучения светодиодов и лазерных диодов.This structure provides a resistance between the GaN layer and the metal contact layer equal to 10 -2 Ohm · cm 2 . According to our data, this resistance is the minimum for known analogues. At the same time, it is too large to provide the necessary characteristics of semiconductor devices. As noted in the above article, in order to achieve high performance of these devices and, in particular, lasers, the indicated resistance should be significantly lower. The present invention is based on the solution of the problem of creating such an epitaxial semiconductor structure of elements of group A 3 on a crystalline substrate, which would increase the efficiency and durability of semiconductor devices, increase the radiation efficiency of LEDs and laser diodes.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в эпитаксиальной полупроводниковой структуре нитридов элементов группы А3 на кристаллической подложке, включающей p-слой, снабженный внешним металлическим контактным слоем, размещен слой полупроводникового соединения InAs p-типа; в этом слое часть атомов In может быть замещена атомами Ga и/или Al.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in the epitaxial semiconductor structure of nitrides of elements of group A 3 on a crystalline substrate including a p-layer provided with an external metal contact layer, a layer of p-type InAs semiconductor compound is placed; in this layer, part of the In atoms can be replaced by Ga and / or Al atoms.
Заявителю не известны какие-либо сведения о технических решениях, идентичных заявленному, что позволяет, по его мнению, сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". The applicant is not aware of any information about technical solutions identical to the claimed one, which allows, in his opinion, to conclude that the invention meets the criterion of "novelty."
Благодаря реализации отличительных признаков изобретения возникает важное новое свойство объекта, состоящее в значительном уменьшении количества поверхностных электронных уровней на границе между двумя полупроводниками (по сравнению с границей "полупроводник группы А3 N - металл"). При этом значительно уменьшается сопротивление по данной границе, что обусловливает существенное улучшение характеристик полупроводниковых приборов.Due to the implementation of the distinguishing features of the invention, an important new property of the object arises, consisting in a significant reduction in the number of surface electronic levels at the boundary between two semiconductors (compared to the boundary of the group A 3 N-semiconductor-metal boundary). In this case, the resistance along this boundary is significantly reduced, which leads to a significant improvement in the characteristics of semiconductor devices.
Заявителем не выявлены какие-либо источники информации о влиянии указанных выше отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень". The applicant has not identified any sources of information about the influence of the above distinctive features of the invention on the achieved technical result. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема заявленной эпитаксиальной полупроводниковой структуры (разрез). The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the claimed epitaxial semiconductor structure (section).
В первом конкретном примере эпитаксиальная полупроводниковая структура включает p-слой I GaN и внешний металлический контактный слой 2, выполненный из AuNi. Между p-слоем 1 GaN и слоем 2 AuNi размещен слой 3 полупроводникового соединения InAs p-типа; n-слой 4 GaN отделен от p-слоя I GaN слоем 5, выполненным в данном примере из соединения InGaN. Толщина слоя 3 составляет 0,3 мкм, концентрация носителей проводимости p-типа составляет 2•1019 см-3. Слой 3 выращен на слое 1 методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) из паров In и As при t=490o. Слой 1 GaN имеет концентрацию носителей проводимости p-типа 4•1017 см-3 и выращен методом МЛЭ из NH3 и паров Ga. В качестве примесей, обеспечивающих проводимость p-типа, в материалы во время роста введены: Be (для слоя 3) и Mg (для слоя 1).In a first specific example, the epitaxial semiconductor structure includes a p-layer I GaN and an outer metal contact layer 2 made of AuNi. Between the p-layer 1 GaN and layer 2 AuNi placed layer 3 of the semiconductor compound InAs p-type; The n-layer 4 GaN is separated from the p-layer I GaN by a layer 5 made in this example from an InGaN compound. The thickness of layer 3 is 0.3 μm, the concentration of p-type conductivity carriers is 2 • 10 19 cm -3 . Layer 3 was grown on layer 1 by molecular beam epitaxy (MBE) from In and As vapor at t = 490 o . The 1 GaN layer has a p-type conductivity carrier concentration of 4 • 10 17 cm -3 and is grown by MBE from NH 3 and Ga vapor. As impurities providing p-type conductivity, Be (for layer 3) and Mg (for layer 1) are introduced into the materials during growth.
Контактный слой 2 изготовлен термическим напылением Au и Ni с последующим термическим обжиганием при t=430oC. Сопротивление между слоями 1 и 2 составило 3•10-3 Ом•см2.The contact layer 2 is made by thermal spraying of Au and Ni, followed by thermal firing at t = 430 o C. The resistance between layers 1 and 2 was 3 • 10 -3 Ohm • cm 2 .
В примере 2 в слое 3 полупроводникового соединения InAs p-типа 80% атомов In замещено атомами Ga. Температура выращивания слоя 3 составила 550oC. Сопротивление между слоями 1 и 2 составило 8•10-3 Ом•см2.In Example 2, in layer 3 of the p-type InAs semiconductor compound, 80% of the In atoms are replaced by Ga atoms. The temperature of growing layer 3 was 550 o C. the Resistance between layers 1 and 2 was 8 • 10 -3 Ohm • cm 2 .
В примере 3 слой 1 выполнен на базе нитридов трех элементов: In, Ga, Al. Верхняя часть слоя 1, примыкающая к слою 3 полупроводникового соединения inAs p-типа, состоит из inGaN с атомной концентрацией In 8% и толщиной 0,01 мкм. Затем располагается слой AIGaN с концентрацией Al 15% и толщиной 0,1 мкм. In example 3, layer 1 is made on the basis of nitrides of three elements: In, Ga, Al. The upper part of layer 1 adjacent to layer 3 of the p-type inAs semiconductor compound consists of inGaN with an atomic concentration of In 8% and a thickness of 0.01 μm. Then there is an AIGaN layer with an Al concentration of 15% and a thickness of 0.1 μm.
Сопротивление между слоями 1 и 2 составило 6 • 10-3 Ом•см2.The resistance between layers 1 and 2 was 6 • 10 -3 Ohm • cm 2 .
В примере 4 в слое 3 полупроводникового соединения InAs p-типа 10% атомов In замещено атомами Al. Температура выращивания слоя 3 составляла 500oC. Сопротивление между слоями 1 и 2 составило 9•10-3 Ом•см2.In Example 4, in layer 3 of the p-type InAs semiconductor compound, 10% of the In atoms are replaced by Al atoms. The temperature of growing layer 3 was 500 o C. the Resistance between layers 1 and 2 was 9 • 10 -3 Ohm • cm 2 .
В примере 5 в слое 3 полупроводникового соединения inAs p- типа 30% атомов In замещено атомами Al и 50% - атомами Ga. Температура выращивания слоя 3 составила 570oC. Сопротивление между слоями 1 и 2 составило 9 • 10-3 ом•см2.In Example 5, in layer 3 of the p-type inAs semiconductor compound, 30% of the In atoms are replaced by Al atoms and 50% by Ga atoms. The temperature of growing layer 3 was 570 o C. the Resistance between layers 1 and 2 was 9 • 10 -3 ohm • cm 2 .
Следует отметить, что слой InAs может быть образован также другими методами эпитаксиального выращивания или методом напыления, например магнетронным. It should be noted that the InAs layer can also be formed by other methods of epitaxial growth or by spraying, for example magnetron.
Все приведенные выше примеры подтверждают значительное уменьшение сопротивления в зоне между p-слоем нитридов элементов группы A3 и внешним металлическим контактным слоем. Благодаря этому весьма существенно улучшаются характеристики полупроводниковых приборов.All the above examples confirm a significant decrease in resistance in the zone between the p-layer of nitrides of elements of group A 3 and the external metal contact layer. Due to this, the characteristics of semiconductor devices are very significantly improved.
Изобретение может быть реализовано в заводских или лабораторных условиях с использованием известных материалов и оборудования, обычно применяемого при изготовлении полупроводниковых приборов. Это подтверждает соответствие заявленного изобретения критерию "промышленная применимость". The invention can be implemented in a factory or laboratory environment using known materials and equipment commonly used in the manufacture of semiconductor devices. This confirms the compliance of the claimed invention with the criterion of "industrial applicability".
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99118252A RU2159483C1 (en) | 1999-08-13 | 1999-08-13 | Epitaxial semiconductor nitride structure of group a3 elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99118252A RU2159483C1 (en) | 1999-08-13 | 1999-08-13 | Epitaxial semiconductor nitride structure of group a3 elements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2159483C1 true RU2159483C1 (en) | 2000-11-20 |
Family
ID=20224190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99118252A RU2159483C1 (en) | 1999-08-13 | 1999-08-13 | Epitaxial semiconductor nitride structure of group a3 elements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2159483C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005088742A1 (en) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'innovatsionnaya Firma 'tetis' | High-power light emitting diode |
-
1999
- 1999-08-13 RU RU99118252A patent/RU2159483C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YASUO KOIDE. Dependence of electrical properties on work function of metals contacting to p-type GaN. Applied Surface Science. 117/118, 1997, pp. 373 - 379. С.ЗИ.Физика полупроводниковых приборов. - Кн. 1. - М.: Мир, 1984, с. 320. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005088742A1 (en) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'innovatsionnaya Firma 'tetis' | High-power light emitting diode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6720570B2 (en) | Gallium nitride-based semiconductor light emitting device | |
| US7675068B2 (en) | Methods of treating a silicon carbide substrate for improved epitaxial deposition and resulting structures and devices | |
| US6537838B2 (en) | Forming semiconductor structures including activated acceptors in buried p-type III-V layers | |
| US8519414B2 (en) | III-nitride based semiconductor structure with multiple conductive tunneling layer | |
| KR100595105B1 (en) | Group iii nitride compound semiconductor device | |
| JP5150802B2 (en) | Low doped layers for nitride based semiconductor devices | |
| JP2004319912A (en) | Semiconductor light emitting device | |
| US20140117310A1 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP2007088481A (en) | Nitride semiconductor device | |
| JP5528120B2 (en) | Method of processing a silicon carbide substrate for improved epitaxial deposition and structure and device obtained by the method | |
| JP5568009B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
| JP2004134750A (en) | Manufacturing method of p-type group iii nitride compound semiconductor | |
| RU2159483C1 (en) | Epitaxial semiconductor nitride structure of group a3 elements | |
| KR101337615B1 (en) | GaN-BASED COMPOUND SEMICONDUCTOR AND THE FABRICATION METHOD THEREOF | |
| JPH11346032A (en) | Gallium nitride family compound semiconductor light-emitting device | |
| JP3978581B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
| KR101101954B1 (en) | Vertical structured group n-type nitride-based semiconductors having electrode structures with diffusion barrier, and light emitting diodes comprising said semiconductors | |
| CN118102749A (en) | Light-emitting diode and preparation method thereof | |
| JPH07335940A (en) | Compound semiconductor light emitting device | |
| KR101239851B1 (en) | GaN-BASED COMPOUND SEMICONDUCTOR AND THE FABRICATION METHOD THEREOF | |
| KR101188915B1 (en) | Group 3 n-type nitride-based semiconductors having improved thermal stability, and method of manufacturing the same | |
| KR20210028331A (en) | UV LED wafer | |
| JP2004096133A (en) | Group-iii nitride based compound semiconductor device | |
| KR20020030368A (en) | Compound Semiconductor Device And Method For Manufacturing The Same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20071127 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080814 |