RU2485632C1 - Method of making light-emitting element - Google Patents

Method of making light-emitting element Download PDF

Info

Publication number
RU2485632C1
RU2485632C1 RU2012101901/28A RU2012101901A RU2485632C1 RU 2485632 C1 RU2485632 C1 RU 2485632C1 RU 2012101901/28 A RU2012101901/28 A RU 2012101901/28A RU 2012101901 A RU2012101901 A RU 2012101901A RU 2485632 C1 RU2485632 C1 RU 2485632C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
substrate
layer
fesi
emitting element
Prior art date
Application number
RU2012101901/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Геннадьевич Галкин
Дмитрий Львович Горошко
Евгений Анатольевич Чусовитин
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2012101901/28A priority Critical patent/RU2485632C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2485632C1 publication Critical patent/RU2485632C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: light-emitting diode structure is formed on monocrystalline silicon with surface orientation (111) or (100). The active zone of the light-emitting element is nanosized crystallites (nanocrystallites) of semiconductor iron disilicide, which are elastically embedded in monocrystalline epitaxial silicon. Before forming the active zone, the substrate is coated with a layer of undoped silicon for spatial separation of the active zone from the substrate (buffer layer). Nanocrystallites are formed during epitaxial refilling of nanoislands of semiconductor iron disilicide formed on the buffer layer by solid-phase epitaxy. Use of special operating parameters provide high concentration of nanocrystallites in the active zone.
EFFECT: high efficiency of the light-emitting element by enabling reduction of the size of crystallites of semiconductor iron disilicide β-FeSi2 and providing high density thereof and therefore elastic embedding into a silicon matrix and considerable stress in the internal structure of crystallites.
2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к способам изготовления светоизлучающего элемента с длиной волны из ближней инфракрасной области спектра.The invention relates to methods for manufacturing a light emitting element with a wavelength from the near infrared region of the spectrum.

Известен способ создания светоизлучающих приборов на основе кремния, включающий формирование в непосредственной близости от р-n перехода излучающей зоны, легированной примесями редкоземельных элементов, на основе того же полупроводникового материала, что и активные слои n- и р-типа проводимости (см. US №6828598, H01 S3/16, H01S 5/30, H01S 5/32, 2004). В зависимости от уровня легирования активных слоев в приборах реализуется механизм туннельного, лавинного либо смешанного пробоев. Основным ограничивающим фактором практического применения приборов, создаваемых известным способом, несмотря на их простоту и интегрируемость в схемы микроэлектроники является их низкая излучающая способность и, следовательно, низкая выходная мощность прибора.A known method of creating light-emitting devices based on silicon, including the formation in the immediate vicinity of the pn junction of the emitting zone doped with impurities of rare-earth elements, based on the same semiconductor material as the active layers of n- and p-type conductivity (see US No. 6828598, H01 S3 / 16, H01S 5/30, H01S 5/32, 2004). Depending on the level of doping of the active layers, the mechanism of tunneling, avalanche, or mixed breakdowns is implemented in the devices. The main limiting factor in the practical use of devices created in a known manner, despite their simplicity and integrability in microelectronic circuits, is their low emissivity and, therefore, low output power of the device.

Известен также способ создания светоизлучающего элемента, включающий формирование слоя железа осаждением в условиях сверхвысокого вакуума атомов железа на кремниевую подложку первого типа проводимости, агрегацию этого слоя в островки β-FeSi2 и последующее осаждение эпитаксиального слоя кремния второго типа проводимости при нагреве подложки (см. US №6368889, H01L 33/26; H01L 21/00; H01L 33/00,2002).There is also known a method of creating a light-emitting element, including the formation of an iron layer by deposition of iron atoms on a silicon substrate of the first type of conductivity under ultrahigh vacuum conditions, aggregation of this layer into β-FeSi 2 islands and subsequent deposition of an epitaxial silicon layer of the second type of conductivity when the substrate is heated (see US No. 6368889, H01L 33/26; H01L 21/00; H01L 33 / 00.2002).

Недостаток этого технического решения - значительный (около 100 нм) размер зерен дисилицида железа, что не позволяет обеспечить высокую эффективность светоизлучающего элемента в силу недостаточно хорошего встраивания кристаллов в кремниевую матрицу и релаксированной внутренней структуры.The disadvantage of this technical solution is the significant (about 100 nm) grain size of the iron disilicide, which does not allow for a high efficiency of the light-emitting element due to the insufficiently good incorporation of crystals into the silicon matrix and the relaxed internal structure.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в повышении эффективности светоизлучающего элемента.The problem to which the claimed invention is directed, is expressed in increasing the efficiency of the light-emitting element.

Технический результат - повышение эффективности светоизлучающего элемента за счет возможности уменьшения размеров кристаллитов полупроводникового дисилицида железа β-FeSi2 (до 5-40 нм) и обеспечения их высокой плотности (количества кристаллитов в единице объема кремниевой матрицы) и в силу этого упругого встраивания в кремниевую матрицу и значительной напряженности внутренней структуры кристаллитов.EFFECT: increased efficiency of a light-emitting element due to the possibility of decreasing crystallite sizes of β-FeSi 2 semiconductor iron disilicide (up to 5-40 nm) and ensuring their high density (number of crystallites per unit volume of a silicon matrix) and, due to this, elastic incorporation into a silicon matrix and significant tension of the internal structure of crystallites.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ создания светоизлучающего элемента, включающий формирование слоя железа осаждением в условиях сверхвысокого вакуума атомов железа на кремниевую подложку первого типа проводимости, агрегацию этого слоя в островки β-FeSi2 и последующее осаждение эпитаксиального слоя кремния второго типа проводимости при нагреве подложки, отличается тем, что на кремниевую подложку первого типа проводимости осаждают слой нелегированного кремния толщиной 100-200 нм при скорости осаждения 5×10-2-3.3×10-1 нм/с и нагреве подложки до 700-750°C, после чего ее охлаждают до комнатной температуры, при которой на поверхность слоя нелегированного кремния осаждают слой железа толщиной 0,2-0,8 нм со скоростью осаждения 1,7×10-3-1,7×10-2 нм/с, при этом агрегацию слоя железа в наноостровки β-FeSi2 осуществляют отжигом при температуре подложки 630°C в течение 20 минут, после чего агрегацию наноостровков β-FeSi2 в нанокристаллиты β-FeSi2 с размерами 5-40 нм, упруго встроенных в кремниевую матрицу, осуществляют осаждением нелегированного кремния толщиной 100-200 нм при скорости осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с и нагреве подложки до 600-800°C, после чего осаждают слой кремния второго типа проводимости толщиной 100-200 нм при скорости осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с и нагреве подложки до 700-750°C. Кроме того, в качестве подложки используют кремний с ориентацией поверхности (100) или (111).The solution of this problem is provided by the fact that the method of creating a light-emitting element, including the formation of an iron layer by deposition of iron atoms on a silicon substrate of the first type of conductivity under ultrahigh vacuum conditions, aggregation of this layer into β-FeSi 2 islands and subsequent deposition of an epitaxial silicon layer of the second type of conductivity during heating substrate, characterized in that a layer of undoped silicon with a thickness of 100-200 nm is deposited on a silicon substrate of the first type of conductivity at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s and heating the substrate to 700-750 ° C, after which it is cooled to room temperature, at which an iron layer 0.2-0.8 nm thick with a deposition rate of 1.7 × 10 -3 is deposited on the surface of the unalloyed silicon layer -1,7 × 10 -2 nm / sec, the aggregation of the iron layer in nanoislands β-FeSi 2 is carried out by annealing at a temperature of 630 ° C substrate for 20 minutes, then aggregation nanoislands β-FeSi 2 nanocrystallites β-FeSi 2 with sizes of 5-40 nm, elastically embedded in the silicon matrix, carry out the deposition of undoped silicon with a thickness of 100-200 nm at a speed of deposition of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s and heating the substrate to 600-800 ° C, after which a silicon layer of the second type of conductivity is deposited with a thickness of 100-200 nm at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3 , 3 × 10 -1 nm / s and heating the substrate to 700-750 ° C. In addition, silicon with a surface orientation of (100) or (111) is used as a substrate.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed and well-known technical solutions indicates its compliance with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признаки «на кремниевую подложку первого типа проводимости осаждают слой нелегированного кремния толщиной 100-200 нм» отделяют нанокристаллиты β-FeSi2 от подложки, что обеспечивает их расположение вне границы р-n перехода и эффективную инжекцию носителей заряда.The signs “a layer of undoped silicon with a thickness of 100-200 nm are deposited on a silicon substrate of the first type of conductivity” separate β-FeSi 2 nanocrystallites from the substrate, which ensures their location outside the boundary of the pn junction and efficient injection of charge carriers.

Признаки, указывающие, что осаждение слоя нелегированного кремния ведут «при скорости осаждения 5×10-2-3.3×10-1 нм/с и нагреве подложки до 700-750°C» обеспечивают эпитаксиальное формирование буферного слоя нелегированного кремния на подложке.Signs indicating that the deposition of the unalloyed silicon layer are carried out "at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s and heating the substrate to 700-750 ° C" provide epitaxial formation of a buffer layer of undoped silicon on the substrate.

Признаки, указывающие, что после осаждения слоя нелегированного кремния его охлаждают (за счет охлаждения подожки) «до комнатной температуры» и последующее поддержание этой температуры в процессе осаждения железа обеспечивают предотвращение формирования дисилицида железа.Signs indicating that after the deposition of a layer of undoped silicon it is cooled (by cooling the podzhok) to room temperature and the subsequent maintenance of this temperature during the deposition of iron prevent the formation of iron disilicide.

Признаки, указывающие, что «осаждают слой железа толщиной 0,2-0,8 нм со скоростью осаждения 1,7×10-3-1,7×10-2 нм/с» обеспечивают минимизацию размеров наноостровков силицида железа при последующей агреации этого слоя.Signs indicating that "precipitate a layer of iron with a thickness of 0.2-0.8 nm with a deposition rate of 1.7 × 10 -3 -1.7 × 10 -2 nm / s" minimize the size of the nanoislands of iron silicide during subsequent aggregation of this layer.

Признаки, указывающие, что «агрегацию слоя железа в наноостровки β-FeSi2 осуществляют отжигом при температуре подложки 630°C в течение 20 минут» обеспечивает формирование на буферном слое нелегированного кремния наноостровков β-FeSi2.Signs indicating that “the aggregation of the iron layer in β-FeSi2 nanoislands is performed by annealing at a substrate temperature of 630 ° C for 20 minutes” ensures the formation of β-FeSi 2 nanoislands on a buffer layer of undoped silicon.

Признаки, указывающие, что «агрегацию наноостровков β-FeSi2 в нанокристаллиты β-FeSi2 с размерами 5-40 нм, упруго встроенные в кремниевую матрицу, осуществляют осаждением нелегированного кремния толщиной 100-200 нм» обеспечивают возможность формирования кремниевой матрицы толщиной существенно большей размеров нанокристаллитов β-FeSi2, заключенных в ней. Кроме того, обеспечивается отделение нанокристаллитов β-FeSi2 от верхнего слоя кремния второго типа, что обеспечивает их расположение вне границы р-n перехода и эффективную инжекцию носителей заряда. Кроме того, обеспечивается трансформация наноостровков в нанокристаллиты заданной крупности и обладающие напряженной внутренней структурой.Signs which indicate that "nanoislands aggregation of β-FeSi 2 nanocrystallites β-FeSi 2 with sizes of 5-40 nm, elastically embedded in a silicon matrix, is performed by depositing undoped silicon 100-200 nm thick" provide the possibility of forming a silicon matrix thickness substantially larger sizes β-FeSi 2 nanocrystallites enclosed in it. In addition, β-FeSi 2 nanocrystallites are separated from the upper silicon layer of the second type, which ensures their location outside the boundary of the pn junction and efficient injection of charge carriers. In addition, the transformation of nanoislands into nanocrystallites of a given size and possessing a strained internal structure is ensured.

Признаки, указывающие, что осаждение покрывающего слоя нелегированного кремния ведут «при скорости осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с при нагреве подложки до 600-800°C» задают режимные параметры процесса осаждения нелегированного кремния, обеспечивающее «запуск» и «протекание» процесса агрегации наноостровков в нанокристаллиты β-FeSi2.Signs indicating that the deposition of the coating layer of undoped silicon are carried out "at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s when the substrate is heated to 600-800 ° C" set the operating parameters of the process of deposition of undoped silicon, providing “Start-up” and “flow” of the process of aggregation of nanoislands into β-FeSi 2 nanocrystallites.

Признаки, указывающие, что процесс формирования структуры светоизлучающего элемента завершают осаждением слоя «кремния второго типа проводимости толщиной 100-200 нм при скорости осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с и нагреве подложки до 700-750°C» обеспечивают формирование р-n перехода в структуре светоизлучающего элемента.Signs indicating that the process of forming the structure of the light-emitting element is completed by the deposition of a layer of silicon of the second type of conductivity with a thickness of 100-200 nm at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s and heating the substrate to 700-750 ° C "provide the formation of the pn junction in the structure of the light-emitting element.

Признаки, указывающие, что «в качестве подложки используют кремний с ориентацией поверхности (100) или (111)» обеспечивают возможность варьирования кристаллографической ориентации подложки и варьирования свойств формируемого полупроводникового материала на подложке кремния.Signs indicating that “silicon with a surface orientation of (100) or (111) is used as the substrate” provide the possibility of varying the crystallographic orientation of the substrate and varying the properties of the formed semiconductor material on the silicon substrate.

На чертежах показаны стадии формирования светоизлучающего элемента, при этом на фиг.1 схематически показан этап формирования слоя нелегированного кремния на подложке кремния первого типа проводимости для пространственного отделения сформирующихся впоследствии нанокристаллитов β-FeSi2 и подложки; на фиг.2 схематически показан этап формирования массива наноостровков β-FeSi2; на фиг.3 схематически показан этап агрегации наноостровков β-FeSi2 в нанокристаллиты β-FeSi2 при осаждении на подложку нелегированного кремния; на фиг.4 показано завершение этапа осаждения нелегированного кремния; на фиг.5 показан этап осаждения кремния второго типа проводимости; на фиг.6 схематически показан общий вид светоизлучающего элемента, на фиг.7 схематически показана установка, обеспечивающая реализацию способа; на фиг.8 показано изображение поверхности кремния, на которой сформированы наноостровки дисилицида железа, полученное методом сканирующей атомно-силовой микроскопии.The drawings show the stages of formation of the light-emitting element, while Fig. 1 schematically shows the step of forming an undoped silicon layer on a silicon substrate of the first type of conductivity for spatial separation of subsequently formed β-FeSi 2 nanocrystallites and the substrate; figure 2 schematically shows the stage of formation of an array of nanoislands β-FeSi 2 ; 3 schematically shows a step nanoislands aggregation of β-FeSi 2 nanocrystallites β-FeSi 2 deposited on the undoped silicon substrate; figure 4 shows the completion of the deposition step of undoped silicon; figure 5 shows the step of deposition of silicon of the second type of conductivity; Fig.6 schematically shows a General view of the light-emitting element, Fig.7 schematically shows an installation that provides the implementation of the method; Fig. 8 shows an image of a silicon surface on which nanoislands of iron disilicide formed by scanning atomic force microscopy are formed.

На чертежах схематически показаны составные части светоизлучающего элемента, формируемого при реализации способа: подложка 1 кремния первого типа проводимости, например n-типа, слой нелегированного кремния 2 для отделения наноостровков 3 дисилицида железа (β-FeSi2) от подложки, нанокристаллиты 4 дисилицида железа β-FeSi2), образующие активный слой, заращенные слоем нелегированного кремния 5, слой кремния 6 второго типа проводимости (в данном случае р-типа), положительный 7 и отрицательный 8 электроды. Кроме того, показаны узлы и оборудование установки, обеспечивающей реализацию способа.The drawings schematically show the components of a light-emitting element formed during the implementation of the method: a silicon substrate 1 of the first type of conductivity, for example, n-type, an undoped silicon layer 2 for separating the nanoislands 3 of iron disilicide (β-FeSi 2 ) from the substrate, nanocrystallites 4 of iron disilicide β -FeSi 2 ), forming the active layer, overgrown with a layer of undoped silicon 5, a silicon layer 6 of the second type of conductivity (in this case, p-type), positive 7 and negative 8 electrodes. In addition, the nodes and equipment of the installation that provides the implementation of the method are shown.

Для реализации способа используют известный комплект лабораторного оборудования (см. фиг.7), включающий в себя, кроме сверхвысоковакуумной камеры 9 (базовое давление в камере - 5×10-10 Торр и менее), электронный спектрометр 10 (например, фирмы Percin Elmer) манипулятор 11 образца (т.е. подложки) с электрическими вводами, имеющий четыре степени свободы, соединенный с образцом-подложкой 1, обеспечивающий возможность ее удержания в заданном положении и подвод к ней электрического тока для отжига.To implement the method, a well-known set of laboratory equipment is used (see Fig. 7), which includes, in addition to the ultra-high vacuum chamber 9 (the base pressure in the chamber is 5 × 10 -10 Torr and less), an electronic spectrometer 10 (for example, Percin Elmer) a sample manipulator 11 (i.e., a substrate) with electrical inputs, having four degrees of freedom, connected to the sample substrate 1, which makes it possible to hold it in a predetermined position and supply an electric current to it for annealing.

Кроме того, комплект включает в себя блок испарителей 12 на три источника: источник 13 атомов железа, 14 нелегированного кремния и кремния первого или второго типа проводимости (не показан), а также сверхвысоковакуумный насос (не показан), обеспечивающий необходимый вакуум в камере 9. Обычно манипулятор 11 сгруппирован на одном фланце с тепло- и электрически изолированными вводами (на чертежах не показаны), через которые к ней подводится электрический ток для ее нагрева. Источник атомов железа 13 должен обеспечить достаточную для формирования наноостровков скорость осаждения (≥1,7×10-3 нм/с). Источник атомов кремния (нелегированного, первого и второго типов) должен обеспечить достаточную для формирования эпитаксиального слоя скорость осаждения (≥5×10-2 нм/с). Давление паров материала адсорбата в потоке, исходящем из блока испарителей, должно быть не менее чем на 2-3 порядка выше остаточного давления в камере 9. Экспозицию испаряемой порции адсорбата задают путем пропускания тока соответствующей величины через электрические вводы 15 в течение нужного времени.In addition, the kit includes a block of evaporators 12 to three sources: a source of 13 iron atoms, 14 undoped silicon and silicon of the first or second type of conductivity (not shown), as well as an ultra-high vacuum pump (not shown), which provides the necessary vacuum in the chamber 9. Typically, the manipulator 11 is grouped on one flange with thermally and electrically insulated inputs (not shown in the drawings) through which an electric current is supplied to it to heat it. The source of iron atoms 13 should provide a sufficient deposition rate for the formation of nanoislands (≥1.7 × 10 -3 nm / s). The source of silicon atoms (unalloyed, first and second types) should provide a sufficient deposition rate (≥5 × 10 -2 nm / s) for the formation of the epitaxial layer. The vapor pressure of the adsorbate material in the stream leaving the evaporator block should be no less than 2-3 orders of magnitude higher than the residual pressure in the chamber 9. The exposure of the evaporated portion of the adsorbate is set by passing a current of the corresponding magnitude through the electrical inputs 15 for the required time.

Заявленный способ реализуется следующим образом. Перед загрузкой в камеру выбирают подложку 1 со срезом вдоль кристаллической плоскости (100) или (111). Затем подложку очищают известным образом, например, с помощью органических растворителей (например, кипячением в толуоле). После размещения образца-подложки 1 на манипуляторе 11 сверхвысоковакуумной камеры 9 и установки в ней подготовленных источников в блок испарителей 12, камеру 9 известным образом герметично закрывают. Далее камеру вакуумируют с помощью насоса, понижая величину давления в ней до заданного значения (обычно ≤5×10-7 Торр). Далее камеру 9 и всю ее внутреннюю оснастку обезгаживают наружным нагревом камеры до температуры 120-150°C. При этом в процессе и после нагрева камеру 9 непрерывно вакуумируют. Обезгаживание обычно проводят в течение суток, после чего камеру 9 охлаждают.Температуру обезгаживания определяют опытным путем из расчета обеспечения после охлаждения камеры заданного рабочего вакуума (≤5×10-10 Торр).The claimed method is implemented as follows. Before loading into the chamber, a substrate 1 is selected with a slice along the (100) or (111) crystalline plane. Then the substrate is cleaned in a known manner, for example, using organic solvents (for example, boiling in toluene). After placing the sample substrate 1 on the manipulator 11 of the ultra-high vacuum chamber 9 and installing prepared sources in it into the evaporator block 12, the chamber 9 is hermetically closed in a known manner. Next, the chamber is evacuated using a pump, lowering the pressure in it to a predetermined value (usually ≤5 × 10 -7 Torr). Next, the chamber 9 and all its internal equipment are gassed by external heating of the chamber to a temperature of 120-150 ° C. Moreover, during and after heating, the chamber 9 is continuously evacuated. The degassing is usually carried out during the day, after which the chamber 9 is cooled. The temperature of the degassing is determined empirically from the calculation of ensuring the specified working vacuum (≤5 × 10 -10 Torr) after cooling the chamber.

После загрузки образца-подложки 1 и получения заданного вакуума подложку, перед напылением, очищают термическим отжигом в течение времени, достаточного для испарения окисной пленки с ее поверхности, например, для подложки из кремния - в течении 2-3 мин при температуре 1250°C.After loading the substrate sample 1 and obtaining a predetermined vacuum, the substrate, before sputtering, is cleaned by thermal annealing for a time sufficient to evaporate the oxide film from its surface, for example, for a silicon substrate, for 2–3 min at a temperature of 1250 ° C.

Затем на подложке формируют эпитаксиальный слой нелегированного кремния 2 путем его осаждения при нагреве подложки до 700-750°C (путем пропускания через нее постоянного стабилизированного тока через термо- и электрически изолированные от камеры вводы), толщиной от 100 до 200 нм со скоростью осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с, что обеспечивает формирование на поверхности буферного слоя нелегированного кремния 2.Then, an epitaxial layer of undoped silicon 2 is formed on the substrate by its deposition when the substrate is heated to 700–750 ° C (by passing a constant stabilized current through it through thermally and electrically isolated inputs from the chamber), with a thickness of 100 to 200 nm with a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s, which ensures the formation on the surface of the buffer layer of undoped silicon 2.

Затем подложку 1 (с нанесенным на нее слоем нелегированного кремния 2), известным образом, с использованием штатного оснащения камеры 9 охлаждают до комнатной температуры. Далее, при поддержании температуры подложки на этом уровне, на поверхность слоя нелегированного кремния осаждают слой железа толщиной 0,2-0,8 нм, со скоростью осаждения 1,7×10-3-1,7×10-2 нм/с. В случае использования сублимационного источника атомов железа заданная скорость обеспечивается его прогревом путем пропускания через него постоянного стабилизированного тока. Величина тока подбирается экспериментально так, чтобы скорость сублимации атомов железа из него находилась в указанных пределах.Then the substrate 1 (coated with a layer of unalloyed silicon 2), in a known manner, using the standard equipment of the chamber 9 is cooled to room temperature. Further, while maintaining the temperature of the substrate at this level, an iron layer 0.2-0.8 nm thick is deposited on the surface of the unalloyed silicon layer with a deposition rate of 1.7 × 10 -3 -1.7 × 10 -2 nm / s. In the case of using a sublimation source of iron atoms, the specified speed is ensured by its heating by passing a constant stabilized current through it. The magnitude of the current is selected experimentally so that the sublimation rate of iron atoms from it is within the specified limits.

Далее осуществляют агрегацию слоя железа в наноостровки β-FeSi2, для чего отжигают подложку при температуре 630°C в течение 20 минут. При этом на поверхности подложки 1 со сформированным буферным слоем 2 в процессе взаимодействия атомов кремния с атомами железа образуются наноостровки 3 дисилицида железа β-FeSi2 (см. фиг.2 и фиг.8).Next, the iron layer is aggregated into β-FeSi2 nanoislands, for which the substrate is annealed at a temperature of 630 ° C for 20 minutes. Moreover, on the surface of the substrate 1 with the formed buffer layer 2 during the interaction of silicon atoms with iron atoms, nanoislands 3 of iron disilicide β-FeSi 2 are formed (see Fig. 2 and Fig. 8).

Далее осуществляют агрегацию наноостровков 3 дисилицида железа β-FeSi2 в нанокристаллиты 4 дисилицида железа β-FeSi2 с размерами 5-40 нм, упруго встроенные в кремниевую матрицу, для чего проводят осаждение эпитаксиального слоя нелегированного кремния 5 при нагреве подложки до 600-800°C, толщиной от 100 до 200 нм при скорости осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с (см. фиг.3, 4). В процессе такого заращивания нанокристаллиты распределяются в объеме кремния, двигаясь в направлении фронта эпитаксиального роста кремния.Next, aggregation of nanoislands 3 of iron disilicide β-FeSi 2 into nanocrystallites 4 of iron disilicide β-FeSi 2 with sizes of 5-40 nm, elastically integrated into the silicon matrix, is carried out, for which the epitaxial layer of undoped silicon 5 is deposited when the substrate is heated to 600-800 ° C, a thickness of from 100 to 200 nm at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s (see figure 3, 4). In the process of such overgrowth, nanocrystallites are distributed in the bulk of silicon, moving in the direction of the front of epitaxial growth of silicon.

После этого формируют слой кремния второго типа проводимости, для чего осаждают кремний второго типа проводимости толщиной 100-200 нм при скорости осаждения 5×10-2-3,3×10-1 нм/с и при нагреве подложки до 700-750°C.After that, a silicon layer of the second type of conductivity is formed, for which silicon of the second type of conductivity is deposited with a thickness of 100-200 nm at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s and when the substrate is heated to 700-750 ° C .

Поскольку в качестве подложки выбран кремний первого типа проводимости (в данном случае, например, n-типа), эпитаксиальный слой кремния второго типа проводимости должен быть представлен кремнием р-типа для обеспечения возможности формирования области р-n-перехода (при использовании подложки из кремния p-типа, эпитаксиальный слой кремния должен быть n-типа, т.е. фразы «первого типа» и «второго типа» говорят только о необходимости использования кремния различных типов проводимости).Since silicon of the first type of conductivity (in this case, for example, n-type) is chosen as the substrate, the epitaxial silicon layer of the second type of conductivity must be represented by p-type silicon to enable the formation of a pn junction region (when using a silicon substrate p-type, the epitaxial layer of silicon must be n-type, that is, the phrases “first type” and “second type” only indicate the need to use silicon of various types of conductivity).

По завершении этого процесса на внешних поверхностях кремния (соответственно, свободная поверхность эпитаксиального слоя кремния второго типа проводимости и свободная поверхность подложки) известным образом формируют положительный 7 и отрицательный 8 электроды, завершая процесс формирования светоизлучающего элемента (см. фиг.6).Upon completion of this process, on the external surfaces of silicon (respectively, the free surface of the epitaxial silicon layer of the second type of conductivity and the free surface of the substrate) in a known manner form the positive 7 and negative 8 electrodes, completing the process of forming the light-emitting element (see Fig.6).

Заявленный способ (на промежуточном этапе) обеспечивает формирование на поверхности кремния наноостровков дисилицида железа, изображение которых, полученное методом сканирующей атомно-силовой микроскопии, приведено на фиг.8.The claimed method (at an intermediate stage) provides the formation on the silicon surface of nanoislands of iron disilicide, the image of which, obtained by scanning atomic force microscopy, is shown in Fig. 8.

Этот образец был получен осаждением 0,2 нм железа со скоростью 4×10-3 нм/сек. Большая часть поверхности занята небольшими островками с латеральными размерами 24 нм, высотой - 4 нм и концентрацией 4,7×1010 см-2. Островки имеют округлую форму и располагаются отдельно друг от друга или выстраиваются в цепочки длиной до 7 островков. Кроме того, на поверхности присутствует небольшое количество крупных островков (концентрация 7×108 см-2), размеры которых примерно в 2 раза больше размеров малых островков: высота - 9 нм, а латеральные размеры - 39 нм.This sample was obtained by precipitation of 0.2 nm of iron at a speed of 4 × 10 -3 nm / s. Most of the surface is occupied by small islands with lateral dimensions of 24 nm, a height of 4 nm and a concentration of 4.7 × 10 10 cm -2 . The islands have a rounded shape and are located separately from each other or are arranged in chains up to 7 islands long. In addition, on the surface there is a small number of large islands (concentration 7 × 10 8 cm -2 ), the sizes of which are approximately 2 times larger than the sizes of small islands: height - 9 nm, and lateral sizes - 39 nm.

Claims (2)

1. Способ создания светоизлучающего элемента, включающий осаждение на кремниевую подложку первого типа проводимости слоя нелегированного кремния толщиной 100-200 нм, при скорости осаждения 5·10-2-3,3·10-1 нм/с и нагреве подложки до 700-750°С, после чего ее охлаждают до комнатной температуры, при которой на поверхность слоя нелегированного кремния осаждают слой железа толщиной 0,2-0,8 нм, со скоростью осаждения 1,7·10-3-1,7·10-2 нм/с, при этом агрегацию слоя железа в наноостровки β-FeSi2 осуществляют отжигом при температуре подложки 630°С в течение 20 мин, после чего агрегацию наноостровков β-FeSi2 в нанокристаллиты β-FeSi2 с размерами 5-40 нм, упруго встроенные в кремниевую матрицу, осуществляют осаждением нелегированного кремния толщиной 100-200 нм, при скорости осаждения 5·10-2-3,3·10-1 нм/с и нагреве подложки до 600-800°С, после чего осаждают слой кремния второго типа проводимости толщиной 100-200 нм, при скорости осаждения 5·10-2-3,3·10-1 нм/с и нагреве подложки до 700-750°С.1. A method of creating a light-emitting element, including the deposition on a silicon substrate of the first type of conductivity of a layer of undoped silicon with a thickness of 100-200 nm, with a deposition rate of 5 · 10 -2 -3.3 · 10 -1 nm / s and heating the substrate to 700-750 ° C, after which it is cooled to room temperature, at which an iron layer 0.2-0.8 nm thick is deposited on the surface of the unalloyed silicon layer with a deposition rate of 1.7 · 10 -3 -1.7 · 10 -2 nm / sec, the aggregation layer of iron nanoislands β-FeSi 2 is carried out by annealing at a substrate temperature of 630 ° C for 20 minutes, after its aggregation nanoislands β-FeSi 2 nanocrystallites β-FeSi 2 with sizes of 5-40 nm, elastically embedded in a silicon matrix, is performed by depositing undoped silicon of 100-200 nm at a deposition rate of 5 · 10 -2 -3.3 · 10 -1 nm / s and heating the substrate to 600-800 ° C, after which a silicon layer of the second type of conductivity is deposited with a thickness of 100-200 nm, at a deposition rate of 5 · 10 -2 -3.3 · 10 -1 nm / s and heating substrates up to 700-750 ° C. 2. Способ создания светоизлучающего элемента, отличающийся тем, что в качестве подложки используют кремний с ориентацией поверхности (100) или (111). 2. A method of creating a light emitting element, characterized in that silicon with a surface orientation of (100) or (111) is used as a substrate.
RU2012101901/28A 2012-01-19 2012-01-19 Method of making light-emitting element RU2485632C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101901/28A RU2485632C1 (en) 2012-01-19 2012-01-19 Method of making light-emitting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101901/28A RU2485632C1 (en) 2012-01-19 2012-01-19 Method of making light-emitting element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2485632C1 true RU2485632C1 (en) 2013-06-20

Family

ID=48786521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101901/28A RU2485632C1 (en) 2012-01-19 2012-01-19 Method of making light-emitting element

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2485632C1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998018167A1 (en) * 1996-10-24 1998-04-30 University Of Surrey Optoelectronic semiconductor devices
JPH10317086A (en) * 1997-05-15 1998-12-02 Hitachi Ltd Beta-fesi2 material and its production
EP1045459A1 (en) * 1998-10-22 2000-10-18 Japan Science and Technology Corporation Variable-wavelength light-emitting device and method of manufacture
US20010032982A1 (en) * 2000-03-24 2001-10-25 Mitsubishi Materials Corporation Optical material and optical element using the same
US20050186435A1 (en) * 2002-08-30 2005-08-25 Hamamatsu Photonics K.K. Light emitting device and method for manufacturing the same
JP2006019648A (en) * 2004-07-05 2006-01-19 Takashi Suemasu Iron-silicide light emitting element and its manufacturing method
JP2006019426A (en) * 2004-06-30 2006-01-19 Hamamatsu Photonics Kk Light emitting element and its manufacturing method
JP4129528B2 (en) * 2003-01-29 2008-08-06 独立行政法人産業技術総合研究所 Thin film containing β-FeSi2 crystal particles and light emitting material using the same
CN101339906A (en) * 2008-08-12 2009-01-07 贵州大学 Preparation process of novel environmental semi-conductor photoelectronic material beta-FeSi2 film
EA015668B1 (en) * 2006-12-04 2011-10-31 Элкем Солар Ас Multicrystalline p-type silicon wafers, having a high lifetime of minor carriage carrier and a method for production thereof

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998018167A1 (en) * 1996-10-24 1998-04-30 University Of Surrey Optoelectronic semiconductor devices
JPH10317086A (en) * 1997-05-15 1998-12-02 Hitachi Ltd Beta-fesi2 material and its production
EP1045459A1 (en) * 1998-10-22 2000-10-18 Japan Science and Technology Corporation Variable-wavelength light-emitting device and method of manufacture
US20010032982A1 (en) * 2000-03-24 2001-10-25 Mitsubishi Materials Corporation Optical material and optical element using the same
US20050186435A1 (en) * 2002-08-30 2005-08-25 Hamamatsu Photonics K.K. Light emitting device and method for manufacturing the same
JP4129528B2 (en) * 2003-01-29 2008-08-06 独立行政法人産業技術総合研究所 Thin film containing β-FeSi2 crystal particles and light emitting material using the same
JP2006019426A (en) * 2004-06-30 2006-01-19 Hamamatsu Photonics Kk Light emitting element and its manufacturing method
JP2006019648A (en) * 2004-07-05 2006-01-19 Takashi Suemasu Iron-silicide light emitting element and its manufacturing method
EA015668B1 (en) * 2006-12-04 2011-10-31 Элкем Солар Ас Multicrystalline p-type silicon wafers, having a high lifetime of minor carriage carrier and a method for production thereof
CN101339906A (en) * 2008-08-12 2009-01-07 贵州大学 Preparation process of novel environmental semi-conductor photoelectronic material beta-FeSi2 film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112768584B (en) Light-emitting diode chip and application thereof
TWI672795B (en) Diamond semiconductor system and method
US8835214B2 (en) Sputtering target and method for manufacturing semiconductor device
US8735290B2 (en) Amorphous group III-V semiconductor material and preparation thereof
US20150140792A1 (en) Method for depositing a group iii nitride semiconductor film
CN103077963B (en) A kind of Ohm contact electrode, its preparation method and comprise the semiconductor element of this Ohm contact electrode
TWI659458B (en) Diamond semiconductor system
WO2017057997A1 (en) Light emitting diode devices with zinc oxide layer
KR20100055187A (en) Method for manufacturing a gallium oxide substrate, light emitting device and method for fabricating the same
JP3477855B2 (en) Solid-state electroluminescent device and manufacturing method thereof
Ruzyllo Semiconductor Glossary: A Resource For Semiconductor Community
US9607831B2 (en) Method for depositing an aluminium nitride layer
RU2485632C1 (en) Method of making light-emitting element
RU2485631C1 (en) Method of making light-emitting element
CN203026510U (en) Ohmic contact electrode and semiconductor element comprising same
JP4398310B2 (en) LIGHT EMITTING ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
RU2488917C1 (en) Method of making light-emitting element
RU2488918C1 (en) Method of making light-emitting element
RU2488920C1 (en) Method of making light-emitting element
RU2488919C1 (en) Method of making light-emitting element
US20050186435A1 (en) Light emitting device and method for manufacturing the same
JP2013138128A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2006019648A (en) Iron-silicide light emitting element and its manufacturing method
US20030151051A1 (en) High performance active and passive structures based on silicon material grown epitaxially or bonded to silicon carbide substrate
US20070224790A1 (en) Zn ion implanting method of nitride semiconductor