RU2488920C1 - Method of making light-emitting element - Google Patents
Method of making light-emitting element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488920C1 RU2488920C1 RU2012104453/28A RU2012104453A RU2488920C1 RU 2488920 C1 RU2488920 C1 RU 2488920C1 RU 2012104453/28 A RU2012104453/28 A RU 2012104453/28A RU 2012104453 A RU2012104453 A RU 2012104453A RU 2488920 C1 RU2488920 C1 RU 2488920C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- layer
- substrate
- nanocrystallites
- fesi
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
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 p-n перехода излучающей зоны, легированной примесями редкоземельных элементов, на основе того же полупроводникового материала, что и активные слои n- и p-типа проводимости (см. US №6828598, H01S 3/16, 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,
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 светоотдачи светоизлучающего элемента за счет возможности уменьшения размеров кристаллитов полупроводникового дисилицида железа (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, а также повышение интенсивности светоизлучающего элемента за счет увеличения объема активной зоны.EFFECT: increased efficiency of light emission of a light-emitting element due to the possibility of reducing the crystallite sizes of semiconductor iron disilicide (up to 5-40 nm) and ensuring their high density (number of crystallites per unit volume of the silicon matrix) and, due to this, elastic embedding in the silicon matrix and significant tension the internal structure of crystallites, as well as an increase in the intensity of the light-emitting element due to an increase in the volume of the active zone.
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, на поверхность которого, после охлаждения до комнатной температуры, при сохранении которой, 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 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°C, при этом, цикл, включающий осаждение слоя железа на поверхность слоя нелегированного кремния, его агрегацию его в наноостровки β-FeSi2 на поверхности слоя нелегированного кремния и их последующую агрегацию в нанокристаллиты β-FeSi2; осаждением слоя нелегированного кремния повторяют с такими же режимными параметрами, по крайней мере, один раз, 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, on the surface of which, after cooling to room temperature, while maintaining which, a layer of iron 0.2-0.8 nm thick is deposited with a deposition rate of 1.7 × 10 -3 -1.7 × 10 -2 nm / s, while the aggregation of the iron layer in the β-FeSi 2 nanoislands is carried out by annealing at a substrate temperature of 630 ° C for 20 minutes, after which the β-FeSi 2 nanoislands are aggregated into β-FeSi nanocrystallites 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 deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s and heating the substrate to 600-800 ° C, while the cycle, including the deposition of an iron layer on the surface of an unalloyed silicon layer, its aggregation into β-FeSi 2 nanoislands on the surface of an unalloyed silicon layer and their subsequent aggregation into β-FeSi 2 nanocrystallites; deposition of a layer of undoped silicon is repeated with the same regime parameters at least once, 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 / c 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 p-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 pn junction boundary 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 is carried out “at a deposition rate of 5 × 10 -2 -3.3 × 10 -1 nm / s and the substrate is heated 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 β-FeSi2.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 β-FeSi 2 iron disilicide.
Признаки, указывающие, что слой железа осаждают «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 агреации этого слоя.Signs indicating that the iron layer is deposited "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 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», обеспечивают формирование на буферном слое нелегированного кремния наноостровков β-FeSi2, при этом заданные режимные параметры процесса обеспечивают возможность минимизировать размеры наноостровков β-FeSi2 в необходимом количестве, что позволяют впоследствии агрегатировать их до нанокристаллитов с высокой концентрацией в объеме кремния.Signs indicating that “the aggregation of the iron layer in β-FeSi 2 nanoislands is carried out by annealing at a substrate temperature of 630 ° C for 20 minutes”, provide formation of β-FeSi 2 nanoislands on a buffer layer of undoped silicon, while the specified process parameters provide the possibility minimize the size of β-FeSi 2 nanoislands in the required amount, which subsequently allows them to be aggregated to nanocrystallites with a high concentration in the silicon bulk.
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 p-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 the silicon matrix of substantially greater thickness sizes of β-FeSi 2 nanocrystallites contained 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 pn junction boundary 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 is 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 «цикл, включающий осаждение слоя железа на поверхность слоя нелегированного кремния, его агрегацию его в наноостровки β-FeSi2 на поверхности слоя нелегированного кремния и их последующую агрегацию в нанокристаллиты β-FeSi2; осаждением слоя нелегированного кремния повторяют с такими же режимными параметрами, по крайней мере, один раз», обеспечивают формирование многослойной структуры, включающей слои нанокристаллитов β-FeSi2, перемежающиеся со слоями нелегированного кремния.Signs indicating that “the cycle, including the deposition of an iron layer on the surface of an undoped silicon layer, its aggregation into β-FeSi 2 nanoislands on the surface of an undoped silicon layer and their subsequent aggregation into β-FeSi 2 nanocrystallites; by deposition of an unalloyed silicon layer, they are repeated with the same regime parameters at least once, ”they provide the formation of a multilayer structure including layers of β-FeSi 2 nanocrystallites alternating with undoped silicon layers.
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 p-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, with 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 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 формирования второго слоя массива наноостровков β-FeSi2; на фиг.6 показан этап осаждения кремния второго типа проводимости; на фиг.7 схематически показан общий вид светоизлучающего элемента, на фиг.8 схематически показана установка, обеспечивающая реализацию способа; на фиг.9 показано изображение поверхности кремния, на которой сформированы наноостровки дисилицида железа, полученное методом сканирующей атомно-силовой микроскопии; на фиг.10 представлены спектры электролюминесценции четырехслойного образца при прямом смещении и комнатной температуре диодной структуры; на фиг.11 дано изображение поперечного среза образца, сформированного при семикратном повторении процедуры формирование наноостровков β-FeSi2 на поверхности слоя нелегированного кремния, зарегистрированные методом просвечивающей электронной 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 stage of formation of the second layer of the array of nanoislands β-FeSi 2 ; figure 6 shows the stage of deposition of silicon of the second type of conductivity; Fig.7 schematically shows a General view of the light-emitting element, Fig.8 schematically shows an installation that provides the implementation of the method; figure 9 shows the image of the silicon surface on which the formed nanoislands of iron disilicide, obtained by scanning atomic force microscopy; figure 10 presents the electroluminescence spectra of a four-layer sample at forward bias and room temperature of the diode structure; figure 11 shows a cross-sectional image of a sample formed by repeating the procedure for the formation of β-FeSi 2 nanoislands on the surface of an undoped silicon layer seven times, recorded by transmission electron microscopy.
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 p-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
Для реализации способа используют известный комплект лабораторного оборудования (см. фиг.8), 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. 8), which includes, in addition to the ultra-high vacuum chamber 9 (the base pressure in the chamber is 5 × 10 -10 Torr or 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
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 течении нужного времени.In addition, the kit includes a block of
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
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
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
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 нелигированного 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
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).Next, the iron layer is aggregated into β-FeSi 2 nanoislands, for which the substrate is annealed at a temperature of 630 ° C for 20 minutes. Moreover, on the surface of the
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 ведут 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 the
После этого цикл, включающий осаждение слоя железа на поверхность слоя нелегированного кремния, его агрегацию в наноостровки β-FeSi2 на поверхности слоя нелегированного кремния и их последующую агрегацию в нанокристаллиты β-FeSi2 осаждением слоя нелегированного кремния повторяют с такими же режимными параметрами, до формирования активного слоя заданной толщины (по крайней мере, один раз, см. фиг.5 и фиг.9).After that, a cycle including the deposition of an iron layer on the surface of an undoped silicon layer, its aggregation into β-FeSi 2 nanoislands on the surface of an undoped silicon layer and their subsequent aggregation into β-FeSi 2 nanocrystallites by deposition of an undoped silicon layer is repeated with the same regime parameters until formation active layer of a given thickness (at least once, see figure 5 and figure 9).
По завершении процесса формирования многослойного активного слоя, на поверхности последнего (покрывающего) слоя нелегированного кремния 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.Upon completion of the formation of the multilayer active layer, a second type of silicon layer of silicon is formed on the surface of the last (covering) undoped silicon layer, for which silicon is deposited with the second type of conductivity of 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 p-типа, для обеспечения возможности формирования области p-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) was chosen as the substrate, the epitaxial layer of silicon 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 for using 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.7).Upon completion of this process, on the external surfaces of silicon (respectively, the free surface of the epitaxial layer of silicon of the second type of conductivity and the free surface of the substrate) in a known manner, the positive 7 and negative 8 electrodes are formed, completing the process of forming the light-emitting element (see Fig. 7).
Заявленный способ обеспечивает формирование эпитаксиального покрывающего слоя нелегированного кремния, изображение поверхности которого, полученное методом сканирующей атомно-силовой микроскопии, приведено на фиг.9. Этот образец был получен при семикратном повторении процедуры формирования наноостровков β-FeSi2, на поверхности слоя нелегированного кремния и их последующей агрегации в нанокристаллиты β-FeSi2 осаждением слоя нелегированного кремния. Среднеквадратическая шероховатость поверхности не превосходит 0,7 нм, что говорит о том, что выращенные слои кремния являются монокристаллическими. На поверхности находятся дырки (ширина 63-112 нм, глубина 0,2-5 нм) с концентрацией не более 1010 см-2, которые формируются непосредственно над движущимися к поверхности нанокристаллитами.The claimed method provides the formation of an epitaxial coating layer of undoped silicon, the surface image of which is obtained by scanning atomic force microscopy, is shown in Fig.9. This sample was obtained by repeating the procedure for the formation of β FeSi 2 nanoislands seven times on the surface of an undoped silicon layer and their subsequent aggregation into β FeSi 2 nanocrystallites by deposition of an undoped silicon layer. The root mean square surface roughness does not exceed 0.7 nm, which suggests that the grown silicon layers are single-crystal. Holes are located on the surface (width 63-112 nm, depth 0.2-5 nm) with a concentration of not more than 10 10 cm -2 , which are formed directly above the nanocrystallites moving towards the surface.
На фиг.10 представлены спектры электролюминесценции четырехслойного образца при прямом смещении и комнатной температуре диодной структуры при разных токах накачки. Для данного вида меза-диодных структур наблюдается широкий спектр электролюминесценции с двумя частично разделенными пиками при 0,78-0,82 эВ и 0,95-0,97 эВ. Первый пик относится к свечению встроенных нанокристаллитов дисилицида железа с размерами более 5-10 нм. В нанокристаллитах с размерами менее 5 нм может наблюдаться квантование энергетических уровней с увеличением энергии первого (основного) уровня до 0,93-0,96 эВ, и причиной электролюминесценции в этом диапазоне энергий является излучательная рекомбинация электронов кремния, находящихся в районе нанокристаллита β-FeSi2 с дырками, находящихся на основном квантовом уровне.Figure 10 shows the electroluminescence spectra of a four-layer sample at forward bias and room temperature of the diode structure at different pump currents. For this type of mesodiode structures, a wide spectrum of electroluminescence is observed with two partially separated peaks at 0.78-0.82 eV and 0.95-0.97 eV. The first peak relates to the luminescence of embedded nanocrystallites of iron disilicide with sizes greater than 5-10 nm. In nanocrystallites with sizes less than 5 nm, quantization of energy levels can be observed with an increase in the energy of the first (main) level to 0.93-0.96 eV, and the cause of electroluminescence in this energy range is radiative recombination of silicon electrons located in the region of β FeSi2 nanocrystallite with holes at the fundamental quantum level.
На фиг.11 показан поперечный срез образца, сформированного при семикратном повторении процедуры формирования наноостровков β-FeSi2 на поверхности слоя нелегированного кремния и их последующей агрегации в нанокристаллиты β-FeSi2 осаждением слоя нелегированного кремния. Эта процедура с заявленными режимными параметрами позволяет получить равномерно распределенные в объеме кремния нанокристаллиты дисилицида железа.Figure 11 shows a cross section of a sample formed by repeating the procedure of forming β-FeSi 2 nanoislands on the surface of an undoped silicon layer seven times and their subsequent aggregation into β-FeSi 2 nanocrystallites by deposition of an undoped silicon layer. This procedure with the claimed operational parameters allows to obtain iron disilicide nanocrystallites uniformly distributed in the silicon volume.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012104453/28A RU2488920C1 (en) | 2012-02-08 | 2012-02-08 | Method of making light-emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012104453/28A RU2488920C1 (en) | 2012-02-08 | 2012-02-08 | Method of making light-emitting element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2488920C1 true RU2488920C1 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=49155764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012104453/28A RU2488920C1 (en) | 2012-02-08 | 2012-02-08 | Method of making light-emitting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2488920C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998018167A1 (en) * | 1996-10-24 | 1998-04-30 | University Of Surrey | Optoelectronic semiconductor devices |
| EP1045459A1 (en) * | 1998-10-22 | 2000-10-18 | Japan Science and Technology Corporation | Variable-wavelength light-emitting device and method of manufacture |
| 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 |
-
2012
- 2012-02-08 RU RU2012104453/28A patent/RU2488920C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998018167A1 (en) * | 1996-10-24 | 1998-04-30 | University Of Surrey | Optoelectronic semiconductor devices |
| EP1045459A1 (en) * | 1998-10-22 | 2000-10-18 | Japan Science and Technology Corporation | Variable-wavelength light-emitting device and method of manufacture |
| 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 |
| 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 |
|---|---|---|
| JP3078611B2 (en) | Light emitting semiconductor device including IIB-VIA group semiconductor layer | |
| US8735290B2 (en) | Amorphous group III-V semiconductor material and preparation thereof | |
| Shi et al. | Semi-transparent all-oxide ultraviolet light-emitting diodes based on ZnO/NiO-core/shell nanowires | |
| TW201027801A (en) | Thin light-emitting devices and fabrication methods | |
| CN1317155A (en) | Zinc oxide films containing P-type dopant and process for preparing same | |
| US7294519B2 (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same | |
| JPH0152910B2 (en) | ||
| EP3157068B1 (en) | Semiconductor multilayer structure and method for producing same | |
| US6911079B2 (en) | Method for reducing the resistivity of p-type II-VI and III-V semiconductors | |
| Hoang et al. | The effect of dislocation loops on the light emission of silicon LEDs | |
| JP2012169621A (en) | METHOD FOR GROWING AlInGaN LAYER AND, OPTOELECTRONIC, PHOTOVOLTAIC AND ELECTRONIC DEVICES | |
| JP2000164921A (en) | Semiconductor light emitting material, manufacture thereof, and light emitting element using the material | |
| RU2488920C1 (en) | Method of making light-emitting element | |
| RU2488917C1 (en) | Method of making light-emitting element | |
| US8294146B2 (en) | ZnO-containing semiconductor layer and device using the same | |
| JP2006019648A (en) | Iron-silicide light emitting element and its manufacturing method | |
| RU2488918C1 (en) | Method of making light-emitting element | |
| RU2485632C1 (en) | Method of making light-emitting element | |
| RU2488919C1 (en) | Method of making light-emitting element | |
| RU2485631C1 (en) | Method of making light-emitting element | |
| CN109346572B (en) | Manufacturing method of light emitting diode epitaxial wafer and light emitting diode epitaxial wafer | |
| JP2009158702A (en) | Light-emitting device | |
| JP2018154553A (en) | GaN substrate | |
| JPH04163970A (en) | Gallium nitride compound semiconductor light emitting element and manufacture thereof | |
| Sobolev et al. | Silicon LEDs with room-temperature dislocation-related luminescence, fabricated by erbium ion implantation and chemical-vapor deposition of polycrystalline silicon layers heavily doped with boron and phosphorus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200209 |