RU2262156C1 - Semiconductor element emitting light in ultraviolet range - Google Patents

Semiconductor element emitting light in ultraviolet range Download PDF

Info

Publication number
RU2262156C1
RU2262156C1 RU2004127878/28A RU2004127878A RU2262156C1 RU 2262156 C1 RU2262156 C1 RU 2262156C1 RU 2004127878/28 A RU2004127878/28 A RU 2004127878/28A RU 2004127878 A RU2004127878 A RU 2004127878A RU 2262156 C1 RU2262156 C1 RU 2262156C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
area
doped
region
active
Prior art date
Application number
RU2004127878/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.Ю. Карпов (RU)
С.Ю. Карпов
В.Ф. Мымрин (RU)
В.Ф. Мымрин
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света"
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 Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света" filed Critical Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света"
Priority to RU2004127878/28A priority Critical patent/RU2262156C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2262156C1 publication Critical patent/RU2262156C1/en

Links

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

FIELD: semiconductor emitting devices.
SUBSTANCE: proposed semiconductor element that can be used in light-emitting diodes built around broadband nitride elements of AIIIBV type and is characterized in ultraviolet emission range extended to 240 -300 nm has structure incorporating substrate, buffer layer made of nitride material, n contact layer made of Si doped nitride material AlXIInX2GaI-XI-X2N, active layer made of nitride material AlVIInY2GaI-YI-Y2N, and p contact layer made of Mg doped nitride material AlZIInZ2GaI-ZI-Z2N; active layer is divided into two areas; area abutting against contact layer is doped with Si and has n polarity of conductivity; other area of active layer is doped with Mg and has p polarity of conductivity; molar fraction of Al (YI) in p area of active layer is continuously and monotonously reducing between its boundary with n contact layer and boundary with p area of contact layer and is within the range of 0.1 ≤ VI ≤ 1; difference in VI values at boundaries of active-layer n area is minimum 0.04 and width of forbidden gap in active-layer p area at its boundary with active-layer n area exceeds by minimum 0.1 eV the maximal width of n area forbidden gap.
EFFECT: enlarged ultraviolet emission range, enhanced inherent emissive efficiency, simplified design of light-emitting component.
1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области полупроводниковых излучающих приборов, конкретнее к светодиодам на основе широкозонных нитридных соединений типа AIIIBV.The invention relates to the field of semiconductor emitting devices, and more particularly to LEDs based on wide-gap nitride compounds of type A III B V.

Известен полупроводниковый светоизлучающий элемент, содержащий подложку, буферный слой, n-контактный слой, выполненный из GaN и легированный Si, р-контактный слой, выполненный из GaN и легированный Mg, F.Calle et al., MRS J.Nitride Semicond. Res. 3 (1998) 24.Known semiconductor light-emitting element containing a substrate, a buffer layer, an n-contact layer made of GaN and doped with Si, a p-contact layer made of GaN and doped with Mg, F. Calle et al., MRS J. Nitride Semicond. Res. 3 (1998) 24.

Это техническое решение обеспечивает максимальную простоту конструкции прибора, однако не позволяет получить высокую внутреннюю эффективность излучения и длину волны излучения менее 365 нм.This technical solution provides the maximum simplicity of the design of the device, but does not allow to obtain high internal radiation efficiency and a radiation wavelength of less than 365 nm.

Известен также полупроводниковый элемент, излучающий свет в ультрафиолетовом диапазоне, структура которого последовательно включает подложку, буферный слой, выполненный из нитридного материала, n-контактный слой, выполненный из нитридного материала Alx1Iny1Ga1-x1-y1N, легированного Si, активный слой, выполненный из нитридного материала Alx2Iny2Ga1-x2-y2N, легированный одновременно донорами и акцепторами, и р-контактный слой, выполненный из нитридного материала Alx3Iny3Ga1-x3-y3N, легированного Mg, где вышеупомянутые слои образуют либо одностороннюю, либо двухстороннюю гетероструктуру, US 6005258.Also known is a semiconductor element emitting light in the ultraviolet range, the structure of which consistently includes a substrate, a buffer layer made of nitride material, an n-contact layer made of nitride material Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 N, doped with Si, active a layer made of nitride material Al x2 In y2 Ga 1-x2-y2 N, simultaneously doped with donors and acceptors, and a p-contact layer made of nitride material Al x3 In y3 Ga 1-x3-y3 N, doped with Mg, where the above layers form either one-sided, l bo bi-heterostructure, US 6,005,258.

В данной конструкции для повышения внутренней квантовой эффективности светоизлучающего элемента используется либо солегирование донорами и акцепторами активного слоя гетероструктуры, либо замена односторонней структуры двухсторонней.In this design, to increase the internal quantum efficiency of the light-emitting element, either the active layer of the heterostructure is donated and accepted by the donors and acceptors, or the one-sided structure is replaced by a two-sided one.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа настоящего изобретения.This technical solution is selected as a prototype of the present invention.

Однако этот полупроводниковый светоизлучающий элемент пригоден, в первую очередь, для генерации излучения с длиной волны 350 нм и более. В более коротковолновом диапазоне внутренняя эффективность излучения устройства-прототипа резко деградирует.However, this semiconductor light emitting element is suitable primarily for generating radiation with a wavelength of 350 nm or more. In the shorter wavelength range, the internal radiation efficiency of the prototype device is sharply degraded.

Это объясняется тем, что для работы элемента в ультрафиолетовом спектральном диапазоне (с длиной волны излучения 300 нм и менее) требуется использование нитридных соединений с высоким содержанием AlN. В этом случае наиболее существенными факторами, определяющими эффективность излучения, являются ограничение носителей в активном слое и подавление потенциальных барьеров, связанных с поляризационными зарядами, возникающими на интерфейсах со скачкообразным изменением состава. В устройстве-прототипе ограничение носителей в пределах активного слоя недостаточно. В результате инжектируемые дырки могут свободно проникать в n-контактный слой, а электроны - в р-контактный слой, где они рекомбинируют преимущественно безызлучательно, приводя к резкому снижению внутренней эффективности.This is explained by the fact that for the element to operate in the ultraviolet spectral range (with a radiation wavelength of 300 nm or less), the use of nitride compounds with a high AlN content is required. In this case, the most significant factors determining the radiation efficiency are carrier limitation in the active layer and suppression of potential barriers associated with polarization charges arising at interfaces with an abrupt change in composition. In the prototype device, limiting the media within the active layer is not enough. As a result, injected holes can freely penetrate into the n-contact layer, and electrons can penetrate into the p-contact layer, where they recombine predominantly nonradiatively, leading to a sharp decrease in the internal efficiency.

В основу данного изобретения положено решение задачи расширения диапазона ультрафиолетового излучения до 240-300 нм, повышения внутренней эффективности излучения при одновременном упрощении конструкции светоизлучающего элемента.The basis of this invention is the solution to the problem of expanding the range of ultraviolet radiation to 240-300 nm, increasing the internal radiation efficiency while simplifying the design of the light-emitting element.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в полупроводниковом элементе, излучающем свет в ультрафиолетовом диапазоне, структура которого последовательно включает подложку, буферный слой, выполненный из нитридного материала, n-контактный слой, выполненный из нитридного материала AlX1InX2Ga1-X1-X2N, легированного Si, активный слой, выполненный из нитридного материала AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N, и р-контактный слой, выполненный из нитридного материала AlZ1InZ2Ga1-Z1-Z2N, легированного Mg, активный слой разделен на две области, при этом прилегающая к контактному слою область легирована Si и имеет проводимость n-типа, а другая область активного слоя легирована Mg и имеет проводимость р-типа, мольная доля Al (Y1) в области активного слоя с проводимостью n-типа непрерывно и монотонно уменьшается от границы с n-контактным слоем до границы с областью активного слоя, имеющей проводимость р-типа, и находится в пределах 0,1≤Y1≤1, причем разница значений Y1 на границах области активного слоя с проводимостью n-типа составляет не менее 0,04, а ширина запрещенной зоны в области активного слоя с проводимостью р-типа на ее границе с областью с проводимостью n-типа не менее чем на 0,1 эВ превышает максимальную ширину запрещенной зоны области с проводимостью n-типа.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in the semiconductor element emitting light in the ultraviolet range, the structure of which consistently includes a substrate, a buffer layer made of nitride material, an n-contact layer made of nitride material Al X1 In X2 Ga 1- X1-X2 N doped with Si, an active layer made of nitride material Al Y1 In Y2 Ga 1-Y1-Y2 N, and a p-contact layer made of nitride material Al Z1 In Z2 Ga 1-Z1-Z2 N doped Mg, the active layer is divided into two regions, while the adjacent the contact layer, the region is doped with Si and has n-type conductivity, and the other region of the active layer is doped with Mg and has p-type conductivity, the molar fraction of Al (Y1) in the region of the active layer with n-type conductivity continuously and monotonously decreases from the boundary with n- contact layer to the boundary with the region of the active layer having p-type conductivity, and is in the range 0.1≤Y1≤1, and the difference in the values of Y1 at the boundaries of the region of the active layer with n-type conductivity is at least 0.04, and the width band gap in the region of the active layer with conductivity p-type at its boundary with the region with n-type conductivity is not less than 0.1 eV exceeds the maximum band gap of the region with n-type conductivity.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».The applicant has not identified sources containing information about technical solutions identical to the present invention, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает повышение эффективности излучения за счет расширения активного слоя по сравнению с традиционными двухсторонними структурами на основе квантовых ям, где критичным фактором является качество интерфейсов и профиль легирования вблизи них. Кроме того, широкая активная область снижает тепловую нагрузку на активный слой, что дополнительно благоприятствует повышению эффективности прибора.The implementation of the distinguishing features of the invention provides an increase in the radiation efficiency due to the expansion of the active layer in comparison with traditional double-sided structures based on quantum wells, where the quality of interfaces and the doping profile near them are a critical factor. In addition, the wide active region reduces the heat load on the active layer, which further contributes to an increase in the efficiency of the device.

Использование содержания InN в слоях гетероструктуры с указанными мольными долями In, с одной стороны, способствует уменьшению концентрации собственных точечных дефектов в материале, что благоприятно для повышения внутренней эффективности излучения, а с другой стороны, не приводит к распаду на фазы твердых растворов AlxInyGa1-x-yN, сопровождающемуся генерацией протяженных дефектов, резко снижающему квантовый выход излучения.The use of the InN content in heterostructure layers with the indicated molar fractions of In, on the one hand, helps to reduce the concentration of intrinsic point defects in the material, which is favorable for increasing the internal radiation efficiency, and, on the other hand, does not lead to decomposition into phases of Al x In y solid solutions Ga 1-xy N, accompanied by the generation of extended defects, sharply reducing the quantum yield of radiation.

Для подавления проникновения дырок в n-контактный слой в предлагаемой конструкции применяется плавное изменение ширины запрещенной зоны в n-области активного слоя за счет вариации его состава. Это создает для дырок встроенное электрическое поле, оттягивающее их от n-контактного слоя по направлению к границе р-n перехода. Величина тянущего поля контролируется разницей значений у, на границах области активного слоя с проводимостью n-типа в пределах 0,04.To suppress the penetration of holes into the n-contact layer in the proposed design, a smooth change in the band gap in the n-region of the active layer is applied due to variations in its composition. This creates a built-in electric field for holes, pulling them away from the n-contact layer towards the boundary of the pn junction. The magnitude of the pulling field is controlled by the difference in the values of y at the boundaries of the region of the active layer with n-type conductivity within 0.04.

Для предотвращения проникновения электронов в р-контактный слой формируется скачок состава (и, следовательно, ширины запрещенной зоны) на границе областей активного слоя с проводимостью n- и р-типа (n- и р-областей). Чтобы потенциальный барьер для электронов, созданный этим скачком, был эффективен и при больших уровнях инжекции, необходимо, чтобы ширина запрещенной зоны в р-области активного слоя на ее границе с n-областью была на 0.1 эВ больше, чем максимальная ширина запрещенной зоны в n-области активного слоя.To prevent the penetration of electrons into the p-contact layer, a jump in the composition (and, consequently, the band gap) is formed at the boundary of the regions of the active layer with n- and p-type conductivity (n- and p-regions). For the potential electron barrier created by this jump to be effective even at high injection levels, it is necessary that the band gap in the p region of the active layer at its boundary with the n region be 0.1 eV larger than the maximum band gap in n -regions of the active layer.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемые вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изобретательский уровень».The applicant has not found any sources of information containing information on the impact of the claimed distinctive features on the technical result achieved as a result of their implementation. This, according to the applicant, indicates that this technical solution meets the criterion of "inventive step".

Полупроводниковый элемент в конкретном исполнении во всех примерах имеет структуру, которая включает последовательно:The semiconductor element in a specific embodiment in all examples has a structure that includes in series:

- подложку 1, выполненную из сапфира, толщиной 500 мкм;- a substrate 1 made of sapphire with a thickness of 500 μm;

- буферный слой 2 из AlN толщиной 20 нм;- buffer layer 2 of AlN with a thickness of 20 nm;

- n-контактный слой 3, выполненный из ALX1INX2GA1-X1-X2N, в данном примере X1=0,52; X1 может варьироваться от 0,1 до 1,0; Х2 может варьироваться от 0 до 0,05. Слой 3 легирован кремнием с концентрацией 5·1018 см-3, толщиной 1,5 мкм;- n-contact layer 3 made of AL X1 IN X2 GA 1-X1-X2 N, in this example, X 1 = 0.52; X 1 may vary from 0.1 to 1.0; X 2 can vary from 0 to 0.05. Layer 3 is doped with silicon with a concentration of 5 · 10 18 cm -3 , a thickness of 1.5 microns;

- активный слой, выполненный из AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N, где Y1=0,52, может лежать в пределах от 0,1 до 1, Y2=0 и может быть в пределах от 0 до 0,05; активный слой включает область 4, легированную Si с концентрацией 5·1018 см-3 с проводимостью n-типа, и область 5, легированную Mg с концентрацией 5·1019 см-3, имеющую проводимость р-типа;- the active layer made of Al Y1 In Y2 Ga 1-Y1-Y2 N, where Y 1 = 0.52, can lie in the range from 0.1 to 1, Y 2 = 0 and can be in the range from 0 to 0 , 05; the active layer includes region 4 doped with Si with a concentration of 5 · 10 18 cm -3 with n-type conductivity and region 5 doped with Mg with a concentration of 5 · 10 19 cm -3 having p-type conductivity;

- р-контактный слой 6, выполненный из AlZ1InZ2Ga1-Z1-Z2N, в котором величина Z1=0,52; Z1 может варьироваться в пределах от 0,1 до 1,0; Z2 может быть в пределах от 0 до 0,05. Слой G легирован магнием с концентрацией 5·1019 см-3, толщиной 100 нм.- p-contact layer 6 made of Al Z1 In Z2 Ga 1-Z1-Z2 N, in which the value of Z 1 = 0.52; Z 1 may vary from 0.1 to 1.0; Z 2 may be in the range from 0 to 0.05. Layer G is doped with magnesium with a concentration of 5 · 10 19 cm -3 and a thickness of 100 nm.

Полупроводниковый элемент представляет собой одностороннюю светодиодную гетероструктуру с переменным составом активного слоя, которая позволяет получить внутреннюю эффективность на уровне 15-35% при плотностях тока, изменяющихся в диапазоне от 1 А/см2 до 100 А/см2 и плотности проникающих дислокаций ~109 см-2. Следует при этом отметить, что уменьшение плотности дислокации в светодиоде приводит к резкому повышению его внутренней эффективности. При плотности дислокации ~107 см-2 возможно получить внутренний квантовый выход, превышающий 90%.The semiconductor element is a one-sided LED heterostructure with a variable composition of the active layer, which allows one to obtain an internal efficiency of 15-35% at current densities varying from 1 A / cm 2 to 100 A / cm 2 and the density of penetrating dislocations is ~ 10 9 cm -2 . It should be noted that a decrease in the dislocation density in an LED leads to a sharp increase in its internal efficiency. With a dislocation density of ~ 10 7 cm -2, it is possible to obtain an internal quantum yield in excess of 90%.

Для испытаний гетероструктуры выращивались на сапфировой подложке методом МОС-гидридной эпитаксии при субатмосферном давлении и температурах от 1000°С до 1100°С, n-контактные слои и n-области активных слоев легировались Si до концентрации 5·1018 см-3, что было установлено с помощью ВИМС (вторичная ионная масс-спектрометрия). р-области активных слоев и р-контактные слои легировались Mg до концентрации 5·1019 см-3.For testing, heterostructures were grown on a sapphire substrate by MOS hydride epitaxy at subatmospheric pressure and temperatures from 1000 ° C to 1100 ° C, n-contact layers and n-regions of active layers were doped with Si to a concentration of 5 · 10 18 cm -3 , which was established using SIMS (secondary ion mass spectrometry). p-regions of the active layers and p-contact layers were doped with Mg to a concentration of 5 · 10 19 cm -3 .

После процесса роста структура подвергалась сухому (ионному) травлению с целью формирования мезы до глубины, соответствующей уровню n-контактного слоя. Далее на вытравленную и оставшуюся части структуры наносились соответственно n- и р-контакты, представляющие собой многослойные металлические композиции, соответственно Ti/Al/Pt/Au и Ni/Au. Контакты вжигались в атмосфере азота при температуре 850°С в течение 30 секунд.After the growth process, the structure was subjected to dry (ion) etching in order to form a mesa to a depth corresponding to the level of the n-contact layer. Then, the n and p contacts, which are multilayer metal compositions, respectively, Ti / Al / Pt / Au and Ni / Au, were applied to the etched and remaining parts of the structure, respectively. The contacts were burned in an atmosphere of nitrogen at a temperature of 850 ° C for 30 seconds.

Далее из структуры вырезались отдельные светодиоды, которые монтировались на теплоотводе р-контактом вниз, и к ним припаивались золотые электроды для подвода электрического тока.Further, individual LEDs were cut out from the structure, which were mounted on the heat sink with the p-contact down, and gold electrodes were soldered to them to supply electric current.

Для исследования люминесцентных характеристик светодиодов использовался спектрометр КСВУ-12 со специально подобранной дифракционной решеткой, позволяющей осуществлять измерения в ультрафиолетовом спектральном диапазоне. В качестве детектора использовался фотоумножитель ФЭУ-100. Сигнал с фотоумножителя через цифровой вольтметр Щ1413 передавался на компьютер для окончательной обработки данных измерений.To study the luminescent characteristics of LEDs, we used a KSVU-12 spectrometer with a specially selected diffraction grating, which allows measurements in the ultraviolet spectral range. An FEU-100 photomultiplier was used as a detector. The signal from the photomultiplier was transmitted to a computer through the Sch1413 digital voltmeter for final processing of the measurement data.

Точность измерений интенсивности излучения была не хуже, чем 0,02%.The accuracy of radiation intensity measurements was no worse than 0.02%.

Для измерения внешней эффективности светодиода использовался калиброванный фотодетектор на основе аморфного Si:H (кремния, легированного водородом). Измерения проводились при фиксированной геометрии эксперимента, что позволяло количественно сравнивать излучение различных образцов.To measure the external efficiency of the LED, a calibrated photodetector based on amorphous Si: H (hydrogen doped silicon) was used. The measurements were carried out with a fixed experimental geometry, which made it possible to quantitatively compare the radiation of various samples.

Электролюминесценция светодиодов измерялась при выводе излучения через сапфировую подложку.The electroluminescence of LEDs was measured when radiation was output through a sapphire substrate.

Полученные в результате испытаний характеристики полупроводниковых светоизлучающих элементов приведены в таблице 1.The characteristics of semiconductor light-emitting elements obtained as a result of the tests are shown in Table 1.

Таблица 1Table 1 Номер примераExample Number Параметры полупроводникового элементаSemiconductor element parameters Внутренняя квантовая эффективность при плотности тока от 1 до 102 А/см2 Internal quantum efficiency at a current density of 1 to 10 2 A / cm 2 Диапазон длин волн (нм)Wavelength range (nm) 11 Доля Al Y1=0,42 в n-области (50 нм), и Y1=0,62 в р-области (50 нм); доля Al в р-контактном слое Z1=0.62The proportion of Al Y 1 = 0.42 in the n-region (50 nm), and Y 1 = 0.62 in the p-region (50 nm); Al fraction in the p-contact layer Z 1 = 0.62 0,14-0,110.14-0.11 250-290250-290 22 Доля Al Y1=0,42 в n-области (50 нм), и Y1=0,70 (10 нм) вблизи границы с n-областью и Y1=0,52; доля Al в р-контактном слое Z1=0.52The proportion of Al Y 1 = 0.42 in the n-region (50 nm), and Y 1 = 0.70 (10 nm) near the boundary with the n-region and Y 1 = 0.52; Al fraction in the p-contact layer Z 1 = 0.52 0,13-0,140.13-0.14 250-290250-290 33 Доля Al уменьшается от Y1=0,52 до 0,42 на толщине 10 нм в n-области, а затем увеличивается от Y1=0,42 до Y1=0,62 на толщине 10 нм в р-области; доля Al в р-контактном слое Z1=0.62The Al fraction decreases from Y 1 = 0.52 to 0.42 at a thickness of 10 nm in the n-region, and then increases from Y 1 = 0.42 to Y 1 = 0.62 at a thickness of 10 nm in the p-region; Al fraction in the p-contact layer Z 1 = 0.62 0,15-0,230.15-0.23 250-290250-290 44 Доля Al уменьшается от Y1=0,52 до 0,42 на толщине 20 нм в n-области, а затем увеличивается от Y1=0,52 до Y1=0,70 на толщине 10 нм в р-области; доля Al в р-контактном слое Z1=0.52The Al fraction decreases from Y 1 = 0.52 to 0.42 at a thickness of 20 nm in the n-region, and then increases from Y 1 = 0.52 to Y 1 = 0.70 at a thickness of 10 nm in the p-region; Al fraction in the p-contact layer Z 1 = 0.52 0,17-0,320.17-0.32 250-290250-290 55 Доля Al уменьшается от Y1=0,52 до 0,42 на толщине 50 нм в n-области, а затем составляет Y1=0,62 на толщине 20 нм в р-области; доля Al в р-контактном слое Z1=0.62The Al fraction decreases from Y 1 = 0.52 to 0.42 at a thickness of 50 nm in the n-region, and then is Y 1 = 0.62 at a thickness of 20 nm in the p-region; Al fraction in the p-contact layer Z 1 = 0.62 0,15-0,340.15-0.34 250-290250-290 66 Доля Al уменьшается от Y1=0,52 до 0,42 на толщине 20 нм в n-области, а затем составляет Y1=0,62 на толщине 20 нм в р-области; доля Al в р-контактном слое Z1=0.62The Al fraction decreases from Y 1 = 0.52 to 0.42 at a thickness of 20 nm in the n-region, and then is Y 1 = 0.62 at a thickness of 20 nm in the p-region; Al fraction in the p-contact layer Z 1 = 0.62 0,17-0,220.17-0.22 250-290250-290 77 Доля Al уменьшается от Y1=0,62 до 0,52 на толщине 20 нм в n-области, а затем увеличивается от Y1=0,42 до Y1=0,54 на толщине 50 нм в р-области; доля Al в р-контактном слое Z1=0.54The Al fraction decreases from Y 1 = 0.62 to 0.52 at a thickness of 20 nm in the n-region, and then increases from Y 1 = 0.42 to Y 1 = 0.54 at a thickness of 50 nm in the p-region; Al fraction in the p-contact layer Z 1 = 0.54 0,02-0,120.02-0.12 250-290250-290

В примерах 3, 4, 5, 6 внутренняя квантовая эффективность полупроводникового прибора превышает 15% и достигает на отдельных структурах уровня более 30% при плотности тока 100 А/см2. Дальнейшее повышение плотности тока приводит к росту эффективности до ~50% при плотности тока ~1 кА/см2, что важно для создания мощных светодиодов и лазеров ультрафиолетового диапазона.In examples 3, 4, 5, 6, the internal quantum efficiency of a semiconductor device exceeds 15% and reaches a level of more than 30% on individual structures at a current density of 100 A / cm 2 . A further increase in current density leads to an increase in efficiency up to ~ 50% at a current density of ~ 1 kA / cm 2 , which is important for creating high-power LEDs and ultraviolet lasers.

Приведенные примеры подтверждают высокую эффективность излучения в коротковолновой части ультрафиолетового спектра.The above examples confirm the high radiation efficiency in the short-wave part of the ultraviolet spectrum.

Для реализации светоизлучающих элементов использовано стандартное промышленное оборудование, что обусловливает соответствие изобретения критерию «промышленная применимость».To implement the light-emitting elements used standard industrial equipment, which determines the compliance of the invention with the criterion of "industrial applicability".

Claims (1)

Полупроводниковый элемент, излучающий свет в ультрафиолетовом диапазоне, структура которого последовательно включает подложку, буферный слой, выполненный из нитридного материала, n-контактный слой, выполненный из нитридного материала AlX1InX2Ga1-X1-X2N, легированного Si, активный слой, выполненный из нитридного материала AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N, и р-контактный слой, выполненный из нитридного материала AlZ1InZ2Ga1-Z1-Z2N, легированного Mg, отличающийся тем, что активный слой разделен на две области, при этом прилегающая к контактному слою область легирована Si и имеет проводимость n-типа, а другая область активного слоя легирована Mg и имеет проводимость р-типа, мольная доля Al (Y1) в области активного слоя с проводимостью n-типа непрерывно и монотонно уменьшается от границы с n-контактным слоем до границы с областью активного слоя, имеющей проводимость р-типа и находится в пределах 0,1≤Y1≤1, причем разница значений Y1 на границах области активного слоя с проводимостью n-типа составляет не менее 0,04, а ширина запрещенной зоны в области активного слоя с проводимостью р-типа на ее границе с областью с проводимостью n-типа не менее чем на 0,1 эВ превышает максимальную ширину запрещенной зоны области с проводимостью n-типа.A semiconductor element emitting light in the ultraviolet range, the structure of which consistently includes a substrate, a buffer layer made of nitride material, an n-contact layer made of nitride material Al X1 In X2 Ga 1-X1-X2 N, doped with Si, active layer, made of nitride material Al Y1 In Y2 Ga 1-Y1-Y2 N, and a p-contact layer made of nitride material Al Z1 In Z2 Ga 1-Z1-Z2 N doped with Mg, characterized in that the active layer is divided into two region, while the region adjacent to the contact layer is doped with Si and has n-type conductivity, and the other region of the active layer is doped with Mg and has p-type conductivity, the molar fraction of Al (Y 1 ) in the region of the active layer with n-type conductivity continuously and monotonously decreases from the boundary with the n-contact layer to the boundary with the region of the active layer having p-type conductivity and is in the range 0.1≤Y 1 ≤1, and the difference in the values of Y 1 at the boundaries of the region of the active layer with n-type conductivity is at least 0.04, and the band gap is regions of the active layer with p-type conductivity at its boundary with the region with gence n-type is not less than 0.1 eV greater than the maximum band gap region with n-type conductivity.
RU2004127878/28A 2004-09-14 2004-09-14 Semiconductor element emitting light in ultraviolet range RU2262156C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004127878/28A RU2262156C1 (en) 2004-09-14 2004-09-14 Semiconductor element emitting light in ultraviolet range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004127878/28A RU2262156C1 (en) 2004-09-14 2004-09-14 Semiconductor element emitting light in ultraviolet range

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2262156C1 true RU2262156C1 (en) 2005-10-10

Family

ID=35851327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004127878/28A RU2262156C1 (en) 2004-09-14 2004-09-14 Semiconductor element emitting light in ultraviolet range

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2262156C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452061C2 (en) * 2009-10-16 2012-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Нитридные кристаллы" Semiconductor element emitting light in ultraviolet band
RU2456711C1 (en) * 2010-11-11 2012-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Галлий-Н" Semiconductor light-emitting element
RU2720046C1 (en) * 2019-07-17 2020-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Light-emitting heterostructure with quantum wells of combined profile

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452061C2 (en) * 2009-10-16 2012-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Нитридные кристаллы" Semiconductor element emitting light in ultraviolet band
RU2456711C1 (en) * 2010-11-11 2012-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Галлий-Н" Semiconductor light-emitting element
RU2720046C1 (en) * 2019-07-17 2020-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Light-emitting heterostructure with quantum wells of combined profile

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10388828B2 (en) Light-emitting semiconductor chip
US20140332756A1 (en) Nitride semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
KR102377550B1 (en) Semiconductor device and semiconductor device package including the same
US20130001637A1 (en) Nitride semiconductor light-emitting device
KR20120079172A (en) Light emitting devices having current blocking structures and methods of fabricating light emitting devices having current blocking structures
US20130221320A1 (en) Led with embedded doped current blocking layer
RU2277736C1 (en) Semiconductor element emitting light in visible-spectrum blue region
RU2262155C1 (en) Semiconductor element emitting light in ultraviolet range
KR20090084583A (en) Nitride semiconductor light emitting device
RU2262156C1 (en) Semiconductor element emitting light in ultraviolet range
KR101393953B1 (en) Light emitting device and method for manufacturing the same
KR100999694B1 (en) Light emitting devcie
KR102444467B1 (en) light emitting diode
US7042013B2 (en) Radiation-emitting semiconductor component
KR100925059B1 (en) White light emitting device and fablication method thereof
Fang et al. Electron and hole traps in GaN pin photodetectors grown by reactive molecular beam epitaxy
RU2452061C2 (en) Semiconductor element emitting light in ultraviolet band
KR102438767B1 (en) Semiconductor device and semiconductor device package
KR20120005296A (en) Light emitting diode and light emitting device comprising the same
KR102358690B1 (en) Semiconductor device and semiconductor device package and light unit including the same
JP2021197533A (en) Light-emitting element
JP2021197531A (en) Light-emitting element and manufacturing method thereof
JP2024002365A (en) Ultraviolet semiconductor light-emitting element
JPH07335940A (en) Compound semiconductor light emitting device
TW202129994A (en) Polarised emission from quantum wires in cubic gan

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20080519

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20100721

QC41 Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20080519

Effective date: 20130610

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20100721

Effective date: 20130610

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20130614

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170915