Способ изготовления светоизлучающего диода

Авторы патента:

Малевская Александра Вячеславовна (RU)

H01L33/22 - Полупроводниковые приборы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или с поверхностным барьером, предназначенные для светового излучения, например инфракрасного; специальные способы или устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (соединение световодов с оптоэлектронными элементами G02B 6/42; полупроводниковые лазеры H01S 5/00; электролюминесцентные источники H05B 33/00)

Владельцы патента RU 2755769:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (RU)

Способ изготовления светоизлучающего диода на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs включает формирование фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя GaAs, травление световыводящей поверхности AlGaAs/GaAs по маске фронтального омического контакта и текстурирование по маске фронтального омического контакта световыводящей поверхности светоизлучающего диода жидкостным химическим селективным стравливанием контактного слоя GaAs гетероструктуры в травителе, содержащем гидроксид аммония (NH₄OH), перекись водорода (H₂O₂) и деионизованную воду, и последующим травлением слоя AlGaAs гетероструктуры на глубину (0,8-1,1) мкм в травителе, содержащем фторид аммония (NH₄F), фтороводород (HF), перекись водорода и деионизованную воду. Изобретение позволяет увеличить интенсивность электролюминесценции изготовленного по нему светоизлучающего диода, имеет высокую технологичность процесса текстурирования и сниженную стоимость. 3 ил., 3 пр.

Изобретение относится к электронной технике, в частности, к способу изготовления светоизлучающих диодов, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования электрической энергии в световую.

При изготовлении светоизлучающих диодов для увеличения электролюминесценции используют технологию текстурирования фронтальной поверхности полупроводникового прибора, что может повысить эффективность электролюминесценции на 10-30%.

Известен способ изготовления светоизлучающего диода (см. патент RU 2504867, МПК H01L 33/40, опубл. 20.07.2013), включающий осаждение на световыводящей поверхности GaN n-типа проводимости или р-типа проводимости просветляющего оптического покрытия SiO₂ толщиной λ/4 (где λ - длина волны излучения светодиода на основе GaN - 500-570 нм), формирование в нем микрорельефа в виде наноострий с плотностью (10⁷-10⁸) шт/см² методом травления оптического покрытия SiO₂. Известный способ позволяет создавать текстурированную рассеивающую свет световыводящую поверхность как на GaN n-типа проводимости, так и на GaN р-типа проводимости без ухудшения параметров гетероструктуры, кроме того, способ предназначен для повышения внешней квантовой эффективности светодиодов на основе GaN.

Недостатком известного способа изготовления светоизлучающего диода является малая высота наноострий (менее 150 нм), что ведет к низкой степени увеличения электролюминесценции.

Известен способ изготовления светоизлучающего диода (см. патент US 7358537, МПК H01L 29/32, опубл. 15.04.2008), включающий формирование маски на поверхности AlGaInN с помощью фотолитографии, электронно-лучевой литографии или интерференционной литографии с использованием шаблона, содержащего отверстия в виде многоугольника, круга или эллипса меньше размера светоизлучающего диодного кристалла, например, расположенные с периодом от 1 нм до 500 мкм. Текстурирование поверхности выполняют путем травления или резки.

Недостатком известного способа изготовления светоизлучающего диода является необходимость использования фотолитографии, электронно-лучевой литографии или интерференционной литографии для создания отверстий микронного размера в маске для проведения текстурирования поверхности, что ведет к усложнению технологии изготовления светоизлучающего диода.

Известен способ изготовления светоизлучающего диода (см. патент US 6812161, МПК H01L 21/31, опубл. 02.11.2004), включающий формирование на поверхности А³В⁵ гетероструктуры маски, частично и неупорядоченно закрывающей по крайней мере одну сторону гетероструктуры, области, не закрытые маской, могут быть неупорядочены и иметь любую форму и конфигурацию, текстурирование поверхности через маску осуществляют травлением гетероструктуры.

Недостатком известного способа изготовления светоизлучающего диода является проведение дополнительной технологической операции по формированию сложной по структуре маски для травления и невозможность формирования шины фронтального омического контакта светоизлучающего диода с заданной топологией

Известен способ изготовления светоизлучающего диода (см. I. Schnitzer, Е. Yablonovitch, С. Caneau, Т.J. Gmitter, and A. Scherer «30% external quantum efficiency from surface textured, thin-film light-emitting diodes», Appl. Phys. Lett. 63, c. 2174-2176, doi.org/10.1063/1.110575, опубл. 09.08.1993), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает создание гетероструктуры AlGaAs/GaAs на подложке GaAs n-типа проводимости, формирование фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя GaAs гетероструктуры и текстурирование по маске фронтального омического контакта световыводящей поверхности светоизлучающего диода. Маску формируют из слоя сфер полистирола диаметром 0,2 мкм в виде неупорядоченного плотноупакованного массива, полученного методом погружения или центрифугирования из водного раствора. Текстурирование световыводящей поверхности проводят через маску ионно-лучевым травлением.

Недостатками известного способа-прототипа является низкая плотность текстур, обусловленная размерами сфер полистирола, снижающая интенсивность электролюминесценции, а также высокая стоимость и длительность процесса текстурирования с использованием ионно-лучевого травления.

Задачей настоящего технического решения является увеличение интенсивности электролюминесценции при высокой технологичности процесса текстурирования и сниженной его стоимости.

Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления светоизлучающего диода включает создание гетероструктуры AlGaAs/GaAs на подложке GaAs n-типа проводимости, формирование фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя GaAs гетероструктуры и текстурирование по маске фронтального омического контакта световыводящей поверхности светоизлучающего диода. Новым в способе является то, что текстурирование выполняют жидкостным химическим селективным стравливанием контактного слоя GaAs гетероструктуры в травителе, содержащем гидроксид аммония (NH₄OH), перекись водорода (H₂O₂) и деионизованную воду, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄OH	2-3
H₂O₂	6-7
вода	остальное

и последующим травлением слоя AlGaAs гетероструктуры на глубину (0,8-1,1) мкм в травителе, содержащем фторид аммония (NH₄F), фтороводород (HF), перекись водорода и деионизованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄F	42-44
HF	6-8
H₂O₂	8-10
вода	остальное

Текстурирование фронтальной световыводящей поверхности по маске фронтального омического контакта уменьшает число необходимых технологических операций, что ведет к увеличению технологичности процесса изготовления светоизлучающего диода.

Текстурирование поверхности с использованием жидкостного химического травления позволяет снизить стоимость процесса.

Использование сильно разбавленного травителя на основе гидроксида аммония и перекиси водорода позволяет проводить стравливание контактного слоя GaAs гетероструктуры с низкой скоростью травления (280-320 нм/мин), что увеличивает надежность и воспроизводимость процесса и обеспечивает подготовку поверхности AlGaAs для текстурирования.

Содержание в травителе NaH₄OH менее 2 мас.ч. и H₂O₂ менее 6 мас.ч. приводит к значительному снижению скорости травления контактного слоя GaAs гетероструктуры, что технологически нецелесообразно. Увеличение концентрации NaH₄OH более 3 мас.ч. и H₂O₂ более 7 мас.ч. приводит к снижению точности стравливания слоя GaAs.

Использование травителя на основе фторида аммония, фтороводорода и перекиси водорода обеспечивает высокую плотность и равномерность образования пирамид текстурирования. Низкая скорость травления таким травителем, составляющая (500-600) нм/мин, обеспечивает высокую степень контроля процесса, что увеличивает надежность и воспроизводимость текстурирования.

Содержание NH₄F менее 42 мас.ч., HF менее 6 мас.ч. и H₂O₂ менее 8 мас.ч. приводит к нежелательному снижению скорости травления и к ухудшению качества текстурирования слоя AlGaAs.

Увеличение концентрации NH₄F более 44 мас.ч., HF более 8 мас.ч. и H₂O₂ более 10 мас.ч. приводит к нежелательному увеличению скорости травления слоя AlGaAs, приводящему к снижению точности топологии текстурированной поверхности.

Текстурирование на глубину (0,8-1,1) мкм обеспечивает максимальное увеличение интенсивности электролюминесценции при работе светоизлучающего диода на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs, преобразующего излучение длиной волны (840-860) нм.

Настоящее техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показано формирование фронтального омического контакта светоизлучающего диода;

на фиг. 2 показано текстурирование фронтальной поверхности светоизлучающего диода;

на фиг. 3 приведен график зависимости электролюминесценции от тока светоизлучающего диода (кривая 6 - интенсивность люминесценции без текстурированой поверхности, кривая 7 - интенсивность люминесценции с текстурированной поверхностью).

Настоящий способ изготовления светоизлучающего диода на основе гетероструктуры 1 AlGaAs/GaAs, выращенной на подложке 3 GaAs n-типа проводимости, выполняют следующим способом. Формируют фронтальный омический контакт 4 на поверхности контактного слоя 2 GaAs р-типа проводимости напылением слоев фронтальной металлизации (см. фиг. 1). Далее проводят текстурирование световыводящей поверхности 5 светоизлучающего диода по маске фронтального омического контакта 4 в два этапа. На первом этапе выполняют жидкостное химическое селективное стравливание контактного слоя 2 GaAs гетероструктуры 1 в травителе, содержащем гидроксид аммония (NH₄OH), перекись водорода (H₂O₂) и деионизованную воду, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄OH	2-3
H₂O₂	6-7
вода	остальное

На втором этапе проводят травление слоя AlGaAs гетероструктуры 1 на глубину (0,8-1,1) мкм в травителе, содержащем фторид аммония (NH₄F), фтороводород (HF), перекись водорода и деионизованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄F	42-44
HF	6-8
H₂O₂	8-10
вода	остальное

Настоящий способ позволил увеличить интенсивность электролюминесценции светоизлучающего диода более чем на 20% после текстурирования световыводящей поверхности 5 (см. фиг. 3).

Пример 1. Был изготовлен светоизлучающий диод на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs, включающей контактный слой p-GaAs, выращенной на подложке GaAs n-типа проводимости. Фронтальный омический контакт на поверхности контактного слоя GaAs был изготовлен напылением слоев Ag(Mn)/Ni/Au толщиной 0,2 мкм, который затем был отожжен при температуре 360°С в течение 60 секунд. Далее было проведено травление световыводящей поверхности AlGaAs/GaAs по маске фронтального омического контакта Ag(Mn)/Ni/Au методом жидкостного химического травления в два этапа. Вначале провели селективное травление GaAs в травителе, содержащем гидроксид аммония, перекись водорода и деионизованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄OH	2
H₂O₂	6
вода	остальное

Затем слой AlGaAs гетероструктуры протравили на глубину 0,8 мкм в травителе, содержащем фторид аммония, фтороводород, перекись водорода и деионизованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄F	42
HF	6
H₂O₂	8
вода	остальное

Пример 2. Был изготовлен светоизлучающий диод на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs, включающей контактный слой p-GaAs, выращенной на подложке GaAs n-типа проводимости способом, описанном в примере 1, со следующими отличиями. Формирование фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя GaAs проводили напылением слоев Cr/Au толщиной 0,2 мкм, а вжигание контакта осуществляли при температуре 370°С в течение 30 секунд. Селективное травление GaAs проводили в травителе, содержащем гидроксид аммония, перекись водорода и деионизованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄OH	3
H₂O₂	7
вода	остальное

Травление слоя AlGaAs гетероструктуры проводили на глубину 1,1 мкм в травителе, содержащем фторид аммония, фтороводород, перекись водорода и деионизованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄F	44
HF	8
H₂O₂	10
вода	остальное

Пример 3. Был изготовлен светоизлучающий диод на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs, включающей контактный слой p-GaAs, выращенной на подложке GaAs n-типа проводимости способом, описанном в примере 1, со следующими отличиями. Формирование фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя GaAs проводили напылением слоев Ag(Mn)/Ni/Au толщиной 0,3 мкм. Вжигание фронтального омического контакта проводили при температуре 370°С в течение 40 секунд. Селективное травление GaAs проводили в травителе, содержащем гидроксид аммония, перекись водорода и деионизованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄OH	3
H₂O₂	6
вода	остальное

Травление слоя AlGaAs гетероструктуры проводили на глубину 1,0 мкм в травителе, содержащем фторид аммония, фтороводород, перекись водорода и деионизованную воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄F	42
HF	7
H₂O₂	9
вода	остальное

Изготовленные светоизлучающие диоды на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs имели интенсивность электролюминесценции, которая была на 20% больше, чем у светоизлучающего диода на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs, но без текстурированной световыводящей поверхности.

Способ изготовления светоизлучающего диода, включающий создание гетероструктуры AlGaAs/GaAs на подложке GaAs n-типа проводимости, формирование фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя GaAs гетероструктуры и текстурирование по маске фронтального омического контакта световыводящей поверхности светоизлучающего диода, отличающийся тем, что текстурирование выполняют жидкостным химическим селективным стравливанием контактного слоя GaAs гетероструктуры в травителе, содержащем гидроксид аммония (NH₄OH), перекись водорода (H₂O₂) и деионизованную воду, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

NH₄OH	2-3
H₂O₂	6-7
вода	остальное

NH₄F	42-44
HF	6-8
H₂O₂	8-10
вода	остальное

Изобретение относится к полупроводниковым материалам группы А3В5, используемым для изготовления фотопроводящих антенн для генерации или детектирования электромагнитных волн терагерцевого диапазона. Способ формирования материала для фотопроводящей антенны заключается в формировании многослойной структуры, состоящей из чередующихся слоев InGaAs/InAlAs, эпитаксиально выращенных при температуре 300-500°С на подложке GaAs или InP с ориентацией (100).

Способ получения оптического полупроводникового материала на основе нанодисперсного оксида кадмия, допированного литием // 2754888

Изобретение относится к технологии функциональных материалов, конкретно к технологии оптически прозрачных оксидных полупроводников, применяемых в оптоэлектронике, фотовольтаике и плазмонике. Согласно изобретению предложен способ получения нанодисперсного оксида кадмия, допированного литием, включающий получение исходной смеси путем растворения карбоната кадмия и карбоната лития, взятых в стехиометрическом соотношении, в 10%-ной муравьиной кислоте, взятой в количестве 5,6 мл раствора кислоты на 1 г суммарного количества карбоната кадмия и карбоната лития, упаривание полученной смеси при температуре 50-60 °С до получения сухого остатка и отжиг при температуре 300-320 °С в течение 0,5 часа на первой стадии и при фиксированном значении температуры, находящейся в интервале 500-900 °С, в течение 1 часа на второй стадии.

Магниторезистивный спиновый светодиод // 2748909

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, касается магниторезистивного спинового светодиода, в котором с помощью магнитного поля можно независимо управлять интенсивностью излучения и степенью циркулярной поляризации. Магниторезистивный спиновый светодиод содержит спиновый светодиод и магниторезистивный элемент, последовательно расположенные друг над другом.

Электропроводящее покрытие // 2748182

Изобретение может быть использовано в оптических элементах из оптической керамики для коммутации элементов электрических схем оптико-электронных приборов, в том числе космического назначения, создания контактных электродов и электрообогрева входных окон из оптической керамики. Электропроводящее покрытие содержит нанесенные на подложку из керамики адгезионный, токопроводящий и контактный слои.

Способ изготовления нитридного светоизлучающего диода // 2747132

Способ изготовления нитридного светоизлучающего диода включает последовательное формирование на диэлектрической подложке слоя нитридного полупроводника n-типа проводимости, активного слоя нитридного полупроводника, слоя нитридного полупроводника р-типа проводимости. На полученной гетероструктуре формируют прозрачный электропроводящий слой ГТО толщиной 100-700 нм электронно-лучевым испарением при температуре подложки 400-500°С с последующим отжигом в атмосфере газа при давлении, близком к атмосферному.

Однофотонный источник излучения // 2746870

Изобретение относится к области оптических систем связи, а именно, к истинно однофотонным источникам оптического излучения и может быть использовано для создания высокозащищенных систем передачи информации на основе принципа квантовой криптографии и реализации протокола квантового распределения ключа (КРК, QKD) через существующие оптоволоконные сети.

Способ изготовления магниторезистивного спинового светодиода (варианты) // 2746849

Настоящее изобретение относится к способам изготовления магниторезистивного спинового светодиода, в котором с помощью магнитного поля можно независимо управлять интенсивностью излучения и степенью циркулярной поляризации. Способ включает формирование полупроводниковой части магниторезистивного спинового светодиода, представляющей собой светоизлучающую гетероструктуру, путем выращивания структур на полупроводниковой монокристаллической подложке из арсенида галлия с проводимостью либо n-типа, либо p-типа, методом МОС-гидридной эпитаксии при атмосферном давлении в потоке водорода, при температуре 500-650°C.

Композиция краски для впечатывания, способ впечатывания, световое устройство, оптический датчик и фотоэлектрическое устройство с оптическим элементом // 2745516

Изобретение относится к композиции краски для впечатывания, пригодной для впечатывания в структурированную поверхность эластомерного штампа. Композиция краски для впечатывания содержит наночастицы оксида переходного металла.

Светоизлучающее устройство // 2744813

Светоизлучающее устройство включает в себя подложку, светоизлучающий элемент и уплотнительный полимерный элемент. Подложка включает в себя гибкую основу, множество проводных участков и желобковый участок.

Светоизлучающее устройство // 2741482

Светоизлучающее устройство включает основание; лазерный элемент, расположенный на верхней поверхности основания и выполненный с возможностью излучения лазерного пучка продольно; люминесцентный элемент, расположенный на верхней поверхности основания; первый оптический элемент, расположенный на верхней поверхности основания и имеющий входную боковую поверхность, через которую входит лазерный пучок во время эксплуатации, и выходную боковую поверхность, через которую выходит лазерный пучок во время эксплуатации, и предназначенный для изменения направления распространения лазерного пучка таким образом, чтобы лазерный пучок, прошедший через первый оптический элемент, облучал верхнюю поверхность люминесцентного элемента; и крышку, содержащую: светозащитный элемент и светопропускающий элемент, расположенный над сквозным отверстием, лазерным элементом, люминесцентным элементом и первым оптическим элементом, при этом светозащитный элемент имеет выступающий участок, продолжающийся вниз в положение, которое ниже верхнего края первого оптического элемента, так, чтобы быть обращенным к выходной боковой поверхности первого оптического элемента.

Светоизлучающий диод на кремниевой подложке // 2755933

Изобретение относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов, а именно к светоизлучающим диодам. Светоизлучающий диод содержит подложку из кремния с нанесенным на нее слоем карбида кремния, на котором сформированы слои светоизлучающей структуры, и снабжен токоподводящими контактами. Согласно изобретению на границе раздела кремния и карбида кремния в кремнии сформирован разуплотненный слой с тупиковыми порами, не содержащими внедренного материала карбида кремния и обеспечивающими увеличение отражения света от подложки и его рассеяние. Светоизлучающая структура, сформированная на слое карбида кремния, содержит буферный слой, слои n-типа проводимости, активную область, слои р-типа проводимости. Эти слои сформированы из III-нитридных материалов. Изобретение обеспечивает повышение квантового выхода светоизлучающих диодов за счет уменьшения поглощения и увеличения отражения и рассеяния света на границе раздела подложка/светоизлучающая гетероструктура. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.