Способ изготовления кристаллов светоизлучающих диодов

 

Использование: в оптоэлектронике и направлено на повышение качества подготовки поверхности под контакт. Сущность изобретения: на р-слой светодиодной структуры наносят защитную маску для формирования окон под омические контакты и формируют контактные окна. В качестве маски используют слой SiO₂. Травление в окнах р⁺-слоя под контакты ведут в концентрированной серной кислоте при 45 - 55^oС в течение 2 - 3 мин. Затем создают омические контакты на обеих сторонах структуры и разделяют структуры на кристаллы. 2 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления кристаллов светоизлучающих диодов на основе структур GаР с верхним р⁺-слоем, полученным диффузией Zn, и может быть использовано в технологии изготовления светодиодов зеленого цвета свечения.

Известна технология изготовления светоизлучающих диодов (СИД) на основе структур GaP с верхним слоем р-типа, включающая нанесение на р-слой защитной маски для формирования окон под омический контакт, создание омических контактов на обеих сторонах структуры и разделение структуры на кристаллы [1] Однако при изготовлении кристаллов светоизлучающих диодов на основе структур GaP с верхним р⁺-слоем, полученным диффузией Zn, по этой технологии не удалось получить низких (2-2,5 В) значений прямого падения напряжения. Прямое падение напряжения (V_пр.) для СИД зеленого цвета свечения (АЛ-307) должно быть не более 2,8 В, а нижнее значение V_пр.определяется падением напряжения на р-n-переходе и составляет не менее 1,85 В при токе 20 мА.

Известна технология изготовления кристаллов светоизлучающих диодов на основе структур GaP с верхним р⁺-слоем, полученным диффузией Zn [2] включающая нанесение защитной маски Si₃N₄ на верхний р⁺-слой, формирование окна под контакт в маске, подтравливание поверхности р⁺-слоя в окне в травителе состава: HNO₃: HCl= 1: 3 при комнатной температуре в течение 3-5 с, нанесение в окно омического контакта Ni-Au, создание омического контакта Au-Ge-Au на нижней стороне структуры, травление меза-структуры и разделение на кристаллы.

Кристаллы светоизлучающих диодов имели высокие прямые падения напряжения ≈ 2,8 В, а отдельные партии полностью браковались (при V_пр.2,8В).

Техническим результатом изобретения является изготовление кристалла светоизлучающего диода на основе структуры СаР с верхним р⁺-слоем, полученным диффузией Zn, имеющим низкое (2,0-2,5 В) прямое падение напряжения за счет качественной подготовки поверхности р⁺-слоя под контакт.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в известном способе изготовления кристалла светоизлучающего диода на основе структуры GaP с верхним р⁺-слоем, полученным диффузией цинка, включающем нанесение на р⁺-слой защитной маски для формирования окон под омический контакт, травление в окнах поверхности р⁺-слоя под контакт, создание омических контактов на обеих сторонах структуры и разделение структуры на кристаллы, в качестве защитной маски используют пленку SiO₂, а подготовку поверхности р⁺-слоя ведут в концентрированной серной кислоте при температуре 45-55^оС в течение 2-3 мин.

Изготовление кристалла светоизлучающего диода с V_пр=2,0-2,5 В достигается благодаря более качественной подготовке поверхности р⁺-слоя под контакт. Это возможно благодаря тому, что концентрированная серная кислота при температуре 45-55^оС в течение 2-3 мин не растворяют GaP, но способна растворить и убрать с поверхности р⁺-слоя углеродсодержащие загрязнения, создающие диэлектрическую прослойку, которая препятствует получению омического контакта (табл. 1).

В этом случае поверхность хорошо смачивается кислотой, содержание углерода на поверхности уменьшается (табл. 1, пример 3), омический контакт осаждается ровным однородным слоем с высокой адгезией и обеспечивает прямое падение напряжения V_пр=2,0-2,5 В.

При подготовке поверхности в окне под контакт Ni-Au в концентрированной серной кислоте при температуре ниже 45^оС ухудшается смачиваемость поверхности р⁺-слоя, контакт осаждается неоднородно, что приводит к высоким V_пр. (более 2,8 В). При температуре Н₂SO₄ выше 55^оС наблюдается подтравливание под маску SiO₂ и изменение геометрии контакта, что недопустимо при изготовлении кристалла светоизлучающего диода. При травлении поверхности в Н₂SO₄ менее 2 мин ухудшается смачиваемость р⁺-слоя, и контакт осаждается несплошным, что приводит к увеличению V_пр. (более 2,8 В).

При травлении более 3 мин наблюдается подтравливание под маску SiO₂ и изменение геометрии контакта.

В качестве концентрированной серной кислоты используется Н₂SO₄"ОСЧ" 93-95% и разбавление ее водой менее 93% при травлении поверхности р⁺-слоя ухудшает смачиваемость, контакт осаждается несплошным, что ведет к возрастанию V_пр. (более 2,8 В).

В качестве маски для формирования окна под контакт выбрана маска SiO₂, так как фоторезистивные маски (ФП-25, ФП-51, ФП-27 и др.) в Н₂SO₄концентрированной при температуре 45-55^оС сразу же разрушаются, а маска Si₃N₄ после формирования окна под контакт оставляет загрязнения, не удаляемые подогретой концентрированной Н₂SO₄, что ухудшает качество омического контакта и соответственно возрастает V_пр. кристалла светоизлучающего диода выше 2,8 В.

Примером конкретного осуществления данного способа может служить изготовление кристалла светоизлучающего диода на основе структуры GaP, получаемой газофазной эпитаксией при легировании Те и N c р⁺-слоем, полученным диффузией цинка в запаянной ампуле.

На р⁺-слой наносили маску SiO₂ окислением тетраэтоксисилана толщиной 0,2-0,3 мкм, формировали методом стандартной фотолитографии окна в маске SiO₂. Затем в окнах обрабатывали р⁺-слой концентрированной серной кислотой (95% ОСЧ) при температуре 50^оС в течение 2,5 мин, промывали в воде и наносили в окна омический контакт Ni-Au.

Контакт Ni наносили химическим способом последовательным осаждением Pd в 0,35% -ном растворе PdCl₂ при температуре 70^оС в течение 1 мин, затем Ni в стандартном растворе химического никелирования при температуре 80-86^оС в течение 3 мин толщиной 0,5-0,6 мкм. Затем наносили золото гальваническим способом в окна фоторезистивной маски толщиной до 2 мкм и вжигали при температуре 480±10^оС в течение 10 мин.

На обратной стороне структуры к n-слою формировали омический контакт Au-Ge-Au стандартным методом. Затем на верхней стороне травили мезаструктуру, разделяли структуру на кристаллы и проводили измерения всех параметров светоизлучающих диодов.

Результаты измерений приведены в табл. 2.

В результате заявляемым способом было получено прямое падение напряжения на кристаллах СИД зеленого цвета свечения V_пр 2,0-2,5 В.

Остальные примеры на граничные пределы технологических режимов заявляемого способа сведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, способ позволяет предотвратить брак по V_пр., т.е. получить значения падения напряжения в пределах 2,0-2,2 В и тем самым повысить выход годных приборов.

Причем основная характеристика светоизлучающего диода сила света остается без изменений.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ на основе структуры GaP с верхним p⁺-слоем, полученным диффузией Zn, включающий нанесение на p⁺-слой защитной маски для формирования окон под омические контакты, травление поверхности в окнах p⁺-слоя под контакты, создание омических контактов на обеих сторонах структуры и разделение структуры на кристаллы, отличающийся тем, что в качестве защитной маски используют пленку SiO₂, а травление поверхности p⁺-слоя под контакт ведут в концентрированной серной кислоте при 45 55^oС в течение 2 3 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2