RU2540623C1 - Method of forming high-quality heterostructures of light-emitting diodes - Google Patents
Method of forming high-quality heterostructures of light-emitting diodes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540623C1 RU2540623C1 RU2013143528/05A RU2013143528A RU2540623C1 RU 2540623 C1 RU2540623 C1 RU 2540623C1 RU 2013143528/05 A RU2013143528/05 A RU 2013143528/05A RU 2013143528 A RU2013143528 A RU 2013143528A RU 2540623 C1 RU2540623 C1 RU 2540623C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heterostructures
- emitting diodes
- light
- energy
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области полупроводниковой оптоэлектроники и может быть использовано для создания высококачественных полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД) и гетероструктур соединений A3B5.The invention relates to the field of semiconductor optoelectronics and can be used to create high-quality semiconductor light-emitting diodes (LEDs) and heterostructures of compounds A 3 B 5 .
Известно, что инжекционные свойства гетероперехода зависят от совершенства границы раздела контактирующих полупроводниковых материалов, обычно содержащей плотность дислокаций Nд<109-1010 см2, большое количество дефектов упаковки Nду>104 см2 и инверсионных доменов. Степень совершенства гетерограниц принято характеризовать скоростью поверхностной рекомбинации [1. Мартынов В.Н., Кольцов Г.И. «Полупроводниковая оптоэлектроника» - М.: Изд-во МИСИС, 1999, стр.84], величина которой определяется соответствием параметров решетки, упругими и термическими коэффициентами контактирующих материалов.It is known that the properties of the heterojunction injection depends on the perfection of the interface contacting semiconductor materials, usually containing dislocation density N d <10 9 -10 10 cm 2, a large number of stacking faults do N> 10 4 cm 2 and inversion domains. The degree of perfection of heteroboundaries is usually characterized by the rate of surface recombination [1. Martynov V.N., Koltsov G.I. “Semiconductor optoelectronics” - M .: MISIS Publishing House, 1999, p. 84], the value of which is determined by the correspondence of the lattice parameters, elastic and thermal coefficients of the contacting materials.
Известны различные способы улучшения внешней квантовой эффективности СИД, в частности нанесением пористого оксида на поверхность гетероструктур [2. Способ изготовления светодиода, патент РФ №2485630 от 04.08.2011], формированием микровыпуклостей, бороздок, микрорельефа на поверхности излучающего слоя [3. Полупроводниковый светоизлучающий прибор и способ его изготовления, патент РФ №2436195 от 26.12.2008; 4. Полупроводниковый элемент, способ изготовления полупроводникового изделия и матрица светоизлучающих диодов, полученная с использованием этого способа изготовления, патент РФ №2416135 от 25.10.2007; 5. Светоизлучающий диод, патент РФ №2231171 от 30.04.2003], а также путем обработки полупроводниковых и диэлектрических структур, в частности облучением потоками электронов, в условиях приложенного электрического поля [6. Способ обработки алмазов, патент РФ №2293148 от 17.07.2002], в электрическом поле при высокой температуре [7. Способ формирования примесных профилей в полупроводниковых материалах, патент РФ №2197571 от 13.09.2000].There are various ways to improve the external quantum efficiency of LEDs, in particular by applying porous oxide to the surface of heterostructures [2. A method of manufacturing an LED, RF patent No. 2485630 from 08/04/2011], the formation of micro-bulges, grooves, microrelief on the surface of the emitting layer [3. Semiconductor light-emitting device and method for its manufacture, RF patent No. 2436195 from 12.26.2008; 4. A semiconductor element, a method of manufacturing a semiconductor product and a matrix of light emitting diodes obtained using this manufacturing method, RF patent No. 2416135 of 10.25.2007; 5. Light-emitting diode, RF patent No. 2231171 from 04/30/2003], as well as by processing semiconductor and dielectric structures, in particular by irradiation with electron flows, under the conditions of an applied electric field [6. The method of processing diamonds, RF patent No. 2293148 from 07/17/2002], in an electric field at high temperature [7. The method of forming impurity profiles in semiconductor materials, RF patent No. 2197571 from 09/13/2000].
Такие способы не обеспечивают получение наилучшего качества границ раздела гетероструктур в светодиодах и соответственно высокую внешнюю квантовую эффективность излучения, поскольку способы [2. Способ изготовления светодиода, патент РФ №2485630 от 04.08.2011; 3. Полупроводниковый светоизлучающий прибор и способ его изготовления, патент РФ №2436195 от 26.12.2008; 4. Полупроводниковый элемент, способ изготовления полупроводникового изделия и матрица светоизлучающих диодов, полученная с использованием этого способа изготовления, патент РФ №2416135 от 25.10.2007; 5. Светоизлучающий диод, патент РФ №2231171 от 30.04.2003; 6. Способ обработки алмазов, патент РФ №2293148 от 17.07.2002] мало влияют на границу раздела между полупроводниковыми слоями светодиода.Such methods do not provide the best quality of the interfaces of heterostructures in LEDs and, accordingly, high external quantum efficiency of radiation, since the methods [2. A method of manufacturing an LED, RF patent No. 2485630 from 08/04/2011; 3. Semiconductor light-emitting device and method for its manufacture, RF patent No. 2436195 dated 12/26/2008; 4. A semiconductor element, a method of manufacturing a semiconductor product and a matrix of light emitting diodes obtained using this manufacturing method, RF patent No. 2416135 of 10.25.2007; 5. Light emitting diode, RF patent No. 2231171 from 04/30/2003; 6. The method of processing diamonds, RF patent No. 2293148 of 07.17.2002] little effect on the interface between the semiconductor layers of the LED.
Данный недостаток частично устраняется в способе обработки пластин, представленном в патенте, взятом за прототип, в котором [7. Способ формирования примесных профилей в полупроводниковых материалах, патент РФ №2197571 от 13.09.2000] используются электрическое поле величиной E=10-100 В/см и высокая температура T=600-850°C, во время облучения полупроводниковых приборов потоком электронов Ф=1014-1016 эл./см2 с энергией Еэл=0,3-10 МэВ, что позволяет эффективно управлять распределением примеси в полупроводнике. Однако такой способ также не обеспечивает минимальное значение плотности поверхностных состояний Ncc<1011 см-1, плотность дислокаций Nд<109-1010 см2 и дефектов упаковки Nду<104 см2.This disadvantage is partially eliminated in the method of processing plates presented in the patent, taken as a prototype, in which [7. The method of forming impurity profiles in semiconductor materials, RF patent No. 2197571 from 09/13/2000] uses an electric field of E = 10-100 V / cm and a high temperature T = 600-850 ° C during the irradiation of semiconductor devices with an electron flux of F = 10 14 -10 16 el. / cm 2 with an energy E e = 0.3-10 MeV, which can effectively control the distribution of impurities in the semiconductor. However, this method also does not provide the minimum value of the density of surface states N cc <10 11 cm -1 , the dislocation density N d <10 9 -10 10 cm 2 and stacking faults N du <10 4 cm 2 .
Техническим результатом данного изобретения является повышение инжекционной способности и внешней квантовой эффективности гетероструктур светодиодов.The technical result of this invention is to increase the injection ability and external quantum efficiency of LED heterostructures.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе формирования высококачественных гетероструктур светодиодов облучение пластин с гетероструктурами светодиодов производится потоком электронов Ф=1014-1017 эл./см2 при низкой температуре, не превышающей минус 70°С, затем проводят быстрый термический отжиг потоком фотонов видимого спектра мощностью свыше 1 Вт/см2 с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны наиболее узкозонного полупроводникового слоя гетероперехода.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for the formation of high-quality heterostructures of LEDs, irradiation of plates with heterostructures of LEDs is performed by an electron flux F = 10 14 -10 17 el./cm 2 at a low temperature not exceeding minus 70 ° С, then a fast thermal annealing is carried out the photon flux of the visible spectrum with a power exceeding 1 W / cm 2 with an energy exceeding the band gap of the narrowest gap semiconductor layer of the heterojunction.
Следует отметить, что положительный эффект, но много меньшей величины (на порядок), наблюдается при «обычном» термическом отжиге в диффузионной печи при температуре 450-650°С.It should be noted that a positive effect, but much smaller (by an order of magnitude), is observed during “ordinary” thermal annealing in a diffusion furnace at a temperature of 450-650 ° C.
Предлагаемый способ реализуется, например, следующим образом (чертеж 1). Алюминиевую коробку - 1 с тонкими стенками (0,3 мм), содержащую кварцевую лодочку - 2 с пластинами - 3 (не более пяти-шести штук) с гетероструктурами Ga0,67Аl0,33As, охлаждают азотом, поступающим из сосуда Дьюара до температуры ниже минус 70°С, помещают в поток электронного излучения мощностью 1014 эл./cм2ceк с энергией электронов 0,3-10 МэВ и облучают в течение двух часов. Затем пластины освещаются галогеновым вольфрамовым источником, обеспечивающим широкий спектр видимого и инфракрасного диапазона с интенсивностью излучения 1-10 Вт/см2. Процесс формирования структуры составляет 1-2 минуты.The proposed method is implemented, for example, as follows (drawing 1). Aluminum box - 1 with thin walls (0.3 mm), containing a quartz boat - 2 with plates - 3 (no more than five to six pieces) with Ga 0.67 Al 0.33 As heterostructures, cooled with nitrogen coming from the Dewar vessel to a temperature below minus 70 ° С, they are placed in a stream of electron radiation with a power of 10 14 el./cm 2 sec with an electron energy of 0.3-10 MeV and irradiated for two hours. Then the plates are illuminated with a halogen tungsten source, providing a wide range of visible and infrared ranges with a radiation intensity of 1-10 W / cm 2 . The process of forming the structure is 1-2 minutes.
Физическая суть процесса заключается в образовании электронным излучением с энергией, превышающей некое пороговое значение, обычно более 150 кэВ, в полупроводниковом материале точечных дефектов типа вакансия - междоузлие. При этом облучение проводят при возможно более низкой температуре (менее минус 70°С) для того, чтобы данные дефекты не перемещались и не рекомбинировали. При последующем быстром и интенсивном нагреве (более 600°С) происходит перестройка границы раздела между полупроводниками за счет радиационно-стимулированной диффузии атомов по точечным дефектам в наиболее низкое (выгодное) энергетическое состояние.The physical essence of the process is the formation by electron radiation with an energy exceeding a certain threshold value, usually more than 150 keV, in the semiconductor material of point defects of the type vacancy - interstitial. In this case, irradiation is carried out at the lowest possible temperature (less than minus 70 ° C) so that these defects do not move and do not recombine. Subsequent rapid and intense heating (more than 600 ° C), the interface is rearranged between semiconductors due to radiation-stimulated diffusion of atoms by point defects into the lowest (favorable) energy state.
Проведенные экспериментальные исследования методом РСГУ и CV - характеристик показали, что плотность поверхностных состояний в гетероструктурах типа Ga0,67Al0,33As снижается до уровня Ncc<10-9-10-10 см-1, плотность дислокации Nд<108-109 см2 и дефектов упаковки Nду<102 см2, что приводит к повышению внешней квантовой эффективности и коэффициента инжекции на 20-30%.Experimental studies by the RSGU method and CV characteristics showed that the density of surface states in Ga type heterostructures 0.67 Al 0.33 As decreases to the level N cc <10 -9 -10 -10 cm- 1 , the dislocation density N d <10 8 -10 9 cm 2 and stacking faults N DN <10 2 cm 2 , which leads to an increase in the external quantum efficiency and injection coefficient by 20-30%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013143528/05A RU2540623C1 (en) | 2013-09-26 | 2013-09-26 | Method of forming high-quality heterostructures of light-emitting diodes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013143528/05A RU2540623C1 (en) | 2013-09-26 | 2013-09-26 | Method of forming high-quality heterostructures of light-emitting diodes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2540623C1 true RU2540623C1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53286906
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013143528/05A RU2540623C1 (en) | 2013-09-26 | 2013-09-26 | Method of forming high-quality heterostructures of light-emitting diodes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2540623C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2100872C1 (en) * | 1994-01-17 | 1997-12-27 | Институт физики твердого тела и полупроводников АН Беларуси | Method of treatment of avalanche diodes |
RU2197571C2 (en) * | 2000-09-13 | 2003-01-27 | Саито Такеши | Procedure forming impurity contour in semiconductor and dielectric materials |
-
2013
- 2013-09-26 RU RU2013143528/05A patent/RU2540623C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2100872C1 (en) * | 1994-01-17 | 1997-12-27 | Институт физики твердого тела и полупроводников АН Беларуси | Method of treatment of avalanche diodes |
RU2197571C2 (en) * | 2000-09-13 | 2003-01-27 | Саито Такеши | Procedure forming impurity contour in semiconductor and dielectric materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6902255B2 (en) | Ultraviolet light emitting element | |
So et al. | Improved carrier injection of AlGaN-based deep ultraviolet light emitting diodes with graded superlattice electron blocking layers | |
CN103887378A (en) | Method for epitaxial growth of ultraviolet LED with high luminous efficacy | |
Nishitani et al. | Photoemission lifetime of a negative electron affinity gallium nitride photocathode | |
Peng et al. | Effect of carrier localization and Shockley-Read-Hall recombination on the spatial distribution of electroluminescence in InGaN LEDs | |
WO2016054191A1 (en) | Ultraviolet light emitting device doped with boron | |
JP6363403B2 (en) | Semiconductor laminated structure and manufacturing method thereof | |
Tang et al. | An approach to ZnTe: O intermediate-band photovoltaic materials | |
RU2540623C1 (en) | Method of forming high-quality heterostructures of light-emitting diodes | |
Cao et al. | Photoluminescence properties of etched GaN-based LEDs via UV-assisted electrochemical etching | |
WO2017008539A1 (en) | Manufacturing method of led epitaxial structure | |
Shan et al. | Effect of indium composition on the microstructural properties and performance of InGaN/GaN MQWs solar cells | |
JP2016015379A (en) | Electron beam excited light emitting epitaxial substrate and method for manufacturing the same, and electron beam excited light emitting device | |
Stoyanov et al. | High-efficiency LEDs of 1.6–2.4 µm spectral range for medical diagnostics and environment monitoring | |
JP6219089B2 (en) | Method for manufacturing p-type ZnO-based semiconductor layer and method for manufacturing ZnO-based semiconductor element | |
Liu et al. | The difference in efficiency droop behaviors of two InGaN/GaN multiple-quantum-well green light-emitting diodes with modified structural parameters | |
Bet et al. | Laser Doping of Chromium and Selenium in p-type 4H-SiC | |
Sobolev et al. | Structural and luminescent properties of electron-irradiated silicon | |
JP6231841B2 (en) | Method for manufacturing p-type ZnO-based semiconductor layer and method for manufacturing ZnO-based semiconductor element | |
JP6092657B2 (en) | P-type ZnO-based semiconductor layer manufacturing method, ZnO-based semiconductor element manufacturing method, and n-type ZnO-based semiconductor multilayer structure | |
Ber et al. | Effect of the silicon doping level and features of nanostructural arrangement on decrease in external quantum efficiency in InGaN/GaN light-emitting diodes with increasing current | |
Teisseyre et al. | A monolithic white-light LED based on GaN doped with Be | |
RU2532188C1 (en) | Method for low-temperature growth of silicon oxide | |
JP2018148031A (en) | Copper nitride semiconductor and method for manufacturing the same | |
Kozlovski et al. | Conductivity compensation in CVD-grown n-4H-SiC under irradiation with 0.9 MeV electrons |