Полупроводниковый источник света
Использование: Полупроводниковая технология, оптоэлектроника. Сущность изобретения. Источник света содержит подложку из карбида кремния. На подложке последовательно расположены слой SIC политипа 4Н n-типа проводимости с концентрацией азота от 51018 до V1019 , второй слой SIC политипа 4Н n-типа проводимости и слой SIC р-типа проводимости политипа 4Н, легированный AI. Второй слой SIC содержит Ga в концентрации от 3 101а до 610 18 . Sn в концентрации не ниже 110 см и имеет степень компенсации носителей заряда от 0,5 до 0,8. Слой р-типа проводимости дополнительно содержит Sn в концентрации не ниже МО16 . На подложке и слое р-типа проводимости расположены контакты. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849737/25 (22) 18.07.90 (46) 07.11.92. Бюл. М 41 (71) Физико-технический институт им. АФ.Иоффе (72) Ю.А.Водаков, А.А.Вольфсон, Е.Н.Мохов, А.Д.Роенков и В.В,Семенов (56) Дмитриев В.А. Карбид-кремниевые светодиоды с излучением в сине-фиолетовой области спектра. Письма в ЖТФ, 1985, т. 11, hL 4, с. 246-248. Авторское свидетельство СССР М 1499652, кл, Н 01 1 33/00, 1987. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА (57) Использование: Полупроводниковая технология, оптоэлектроника. Сущность Изобретение относится к оптоэлектронике, а именно к устройствам для генерации света в фиолетовой области спектра (3макс=440 нм). Светодиоды характеризуются высокой эффективностью и быстродействием, способны работать в широком диапазоне температур. Они могут быть использованы в оптоэлектронике в качестве одно- или многоэлементных индикаторов. Известен источник света на базе SIC c излучением в фиолетовой области спектра, включающий подложку SIC политипа 6Н итипа проводимости, легированного азотом, слой 6Н-SIC и-типа проводимости, легированный азотом с концентрацией 101в см 3, слой SIC р-типа проводимости, легированный Al, и омические контакты, Недостатком! Ж„, 1774400 А1 изобретения. Источник света содержит подложку из карбида кремния. На подложке последовательно расположены слой SIC политипа 4Н и-типа проводимости с концентрацией азота от 5 10 см до 1 10 см 19 второй слой SIC политипа 4Н и-типа проводимости и слой SIC р-типа проводимости политипа 4Н, легированный Al, Второй слой SIC содержит Ga в концентрации от 3 1018 см до 6 10 см, Sn в концентрации не -3 . 18 -3 ниже 1 10 см и имеет степень компенсации носителей заряда от 0,5 до 0,8. Слой. р-типа проводимости дополнительно содержит Sn в концентрации не ниже 1 ° 1016 см 3. На подложке и слов р-типа проводимости расположены контакты. 1 ил. этого прибора является низкая квантовая эффективность (10 6). Другим недостатком этого прибора является невысокое быстродействие — время срабатывания не ниже 1 мкс. Известен источник света, содержащий подложку из карбида кремния любого политипа; на которой расположены два слоя SiC политипа 4Н и-типа проводимости и слой р-типа проводимости политипа 4Н. Источник обладает высоким быстродействием, но не изучает в фиолетовой области спектра. Цель изобретения — обеспечение возможности излучения в фиолетовой области спектра. Поставленная цель достигается тем, что, согласно формуле изобретения, упомя1774400 нутый слой политипа 4Н содержит Ga в концентрации {3 — 6) 10 см з со степенью компенсации 0,5-0 8 и Sn в концентрации не 16 4 ниже 1 10 см, а слой р-типа проводимости политипа 4Н содержит Sn в концентрации не ниже 1 10 см Проведенный авторами теоретический анализ механизма излучательной рекомбинации, подтвержденный экспери1 снтальными данными, показал, что центром, ответственным за эффективную электролюминесценцию (ЭЛ) в фиолетовой области спектра (Я = 440 нм) является донорноакцепторная пара Оа-N в политипе 4Н. Выбор в качестве люминесцентно-активной примеси Оа обусловлен тем, что эта примесь является более эффективным активатором люминесценции в фиолетовой области, чем Al, особенно при температурах, близких к комнатной. Концентрация люминесцентно-активной примеси Оа в п-слое должна быть в диапазоне (3 — 6) 1018 см . При меньшей концентрации Ga эффективность снижается за счет уменьшения концентрации донорно-акцепторных пар Ga-N, При большей концентрации Оа уменьшается эффективность люминесценции в фиолетовой области и максимум излучения сдвигается в зелено-голубую область. Степень компенсации в и-слое составляет К = 0,5 — 0,8. При К > 0,8 снижается эффективность в фиолетовой области вследствие повышения омического сопротивления, ведущего к разогреву светодиода. При этом резко снижается его быстродействие. При К < 0,5 снижается эффективность фиолетовой люминесценции из-за уменьшения концентрации донорно-акцепторных пар. Таким образо..1, для реализации высокой эффективности излучения и быстродействия необходим материал с высокой концентрацией донорно-акцепторных пар и низкой концентрацией глубоких центров (с энергией ионизации более 0,3 эВ), резко снижающих эффективность ЭЛ. Авторами установлено, что глубокие центры возникают в кристалле при наличии углеродных вакансий, которые ответственны в политипе 4Н за люминесценцию в голубой области спектра. Кроме того, такие глубокие центры ответственны за ухудшение быстродействия. Авторами экспериментально показано, что концентрацию подобных глубоких центров можно резко сократить введением изовалентной примеси Sn. Эта примесь способствует подавлению не только дефектной ЭЛ, но и других, более низкоэнергетических, нежелательных примесных полос люминесценции (в частности — борной с Примеры конкрегного исполнения. Пример 1. Устройство состоит из подложки SiC политипа 6Н п-типа проводимости с концентрацией нескомпенсированных доноров (йо-Nд) = 2 10 см. размером 0,5х0,5 мм, дополнительного слоя SiC noг литипа 4Н и-типа проводимости толщиной 20 мкм с концентрацией (No-Nä) = 8 10 см, слоя SIC и-типа проводимости политипа 4Н, с концентрацией Оа 5 10 см, N— 8 10 см, Sn — 1 10 см и степенью ком18 -3 . 16 -3 пенсации 0,6, толщиной 20 мкм и слоя политипа 4Н р-типа проводимости, легированного Al с концентрацией 5 10 см З и Яп с конценго трацией 1 10 см, толщиной 2 мкм и кон16 -З тактов. в виде металлического Al, нанесенного на слой р-типа проводимости и сплава Ni+VV, нанесенного на подложку итипа проводимости. При приложении прямого смещения Опр = 2,8 В и плотности тока J = 5 А/см наблюдается излучение с максиму2 мом в фиолетовой области (Я„„= 440 нм), квантовая эффективность излучения светомаксимумом излучения в зеленой области спектра). Концентрация Sn должна быть не 16 -Э менее 1 10 см в материале как и-, так и р-типа. При меньшей концентрации Sn эф5 фективность излучения резко снижается за счет наличия дефектных центров вблизи ри-перехода типа 01 с излучением в зеленоголубой области и ухудшается быстродействие. Верхний уровень легирования Sn10 3 10 см определяется пределом его pac. 16 -З творимости в SiC. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит подложку 1 любо15 го политипа и-типа проводимости, слой 2 и-типа проводимости политипа 4Н, слой 3 политипа 4Н и-типа проводимости, легированный Оа, N, $п, слой 4 и-типа проводимости политипа 4Н, легированный Al, Sn, 20 контакты 5 к слою р-типа проводимости, контакты 6 к слою и-типа проводимости. Устройство работает следующим образом. К омическим контактам прикладывается 25 рабочее напряжение 2,7-2,9 В, причем к контактам, расположенным на подложке итипа проводимости, подается отрицательный потенциал. а к контакту на слое р-типа проводимости. легированном Al, — положи30 тельный потенциал, Излучательная рекомбинация происходит в слое и-типа проводимости, легированном Ga, толщиной 0,1 мкм, примыкающем к р-слою, за счет инжекции дырок из слоя р-типа проводимо35 сти. Плотность тока 3-10 А/см . 1774400 Составитель В, Семенов Редактор Т. Орлова Техред М.Моргентал Корректор А. Ворович Заказ 3931 Тираж Подписное ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, уп.Гагарина. 101 диьда в фиолетовой области составляет 6 10-5, быстродействие.50 нс. Пример 2. Политип подложки 15В-SIC, его размеры, концентрация в нем нескомпенсированных доноров, толщины слоев п и р-типов проводимости, концентрация Np-йд, Sn в слое и-типа проводимости, концентрация AI u Sn в слое р-типа проводимости и контакты аналогичны тем, что в примере 1. Дополнительный слой политипа 4Н п-типа проводимости имеет толщину 10 мкм с концентрацией нескомпенсированных доноров (Np-йд) — 1 10 см, слой политипа 4Н -з и-типа проводимости имеет концентрацию Ga 610" см и степень компенсации 0,5. При приложении прямого смещения при напряжении Unp = 2,8 В и токе ) ™ 5 А/см2 наблюдается электролюминесценция с максимумом излучения в фиолетовой области (Аакс = 440 нм), эффективность излучения 4 10, быстродействие 40 нс. П риме р3. Политип подложки21В-SIC, концентрация в ней доноров, толщина слоеа n- и р-типов проводимости, концентрация азота в слое п-типа проводимости, концентрация А! и Sn в слое р-типа проводимости и контакты аналогичны тем, что в примере 1, Дополнительный слой SlC политипа 4Н и-типа проводимости имеет толщину 30 мкм с концентрацией нескомпенсированных доноров 5 10 см, слой SIC попитипа 41, итипа проводимости имеет концентрацию Оа 6 10 и степень компенсации 0,8. При приложении прямого смещения 5 Unp = 2,8 В и тока J = 5 А/см наблюдается 2 электролюминесценция с максимумом излучения в фиолетовой области (Qggc = 440 нм), эффективность излучения 8 10 . Описанное устройство имеет высокие 10 быстродействие и квантовую эффективность излучения в фиолетовой области спектра (Л кс - 440 нм). Формула изобретения Полупроводниковый источник света, 15 включающий подложку SIC, последовательно расположенные на ней слой SIC политипа 4Н и-типа проводимости с концентрацией азота 5 101 -1 10 см, второй слой SIC, политипа 4Н и-типа проводимости, слой SIC 20 р-типа проводимости политипа, 4Н, легированный Al, и контакты. отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности излучения в фиолетовой области спектра, второй слой SIC политипа 4Н и-типа прово25 димости содержит Gs е кои цеитре иии (3 — 6ix х10 см 3, Sn в концентрации не ниже 1 10 6 см и имеет степень компенсации носителя заряда 0,5-0,8, а слой р-типа проводимости содержит Sn в концентрации не ниже 1 10 16 30 см .
