Способ изготовления светодиодных структур

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СТРУКТУР, включающий эпитаксиальное наращивание на подложку SiC слоя SiC n-типа проводимости и формирование p-n-перехода, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных структур за счет увеличения концентрации центров дефектной люминесценции, формирование p-n-перехода проводят путем наращивания слоя p-типа проводимости на слой n- типа проводимости, после создания p-n-перехода проводят облучение нейтронами с дозой 10¹⁸ - 10¹⁹ см^-2 и отжиг.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к изготовлению источников света с излучением в голубой ( _макс 4850 ( _макс4850 )) и зеленой ( _макс 5400 ( _макс5400 )) областях спектра.
Целью изобретения является повышение выхода годных структур за счет увеличения концентрации центров дефектной люминесценции.
Предлагаемый способ позволяет сначала сформировать качественный р-n-переход путем наращивания эпитаксиального слоя р-типа проводимости на слой n-типа проводимости, а потом с помощью нейтронного облучения ввести люминесцентно-активные центры, приводящие к возникновению люминесценции. Необходимость наращивания слоя р-типа проводимости на слой SiC n-типа проводимости связана с тем, что эффективность излучательной рекомбинации в слое SiC n-типа проводимости существенно выше, чем в слое р-типа проводимости. При этом интенсивная электролюминесценция возникает только в случае инжекции дырок из слоя SiC р-типа проводимости.
В предлагаемом способе облучение частицами высоких энергий проводят после формирования р-n-перехода. Это позволяет получить диодную структуру с требуемыми параметрами, с необходимым содержанием центров излучательной рекомбинации и носителей тока в люминесцентно-активном слое SiC n-типа проводимости.
Необходимость нейтронного облучения обусловлена тем, что обеспечивает практически однородное легирование SiC радиационными дефектами с заданной и легко реализуемой концентрацией центров излучательной рекомбинации за счет большой глубины проникновения нейтронов, сравнимой с толщиной кристалла.
В предложенном способе доза облучения реакторными нейтронами должна быть 10¹⁸ - 10¹⁹ см^-2, так как при дозе облучения меньше 10¹⁸ см^-2 существенно уменьшается концентрация люминесцентно-активных радиационных центров, что приводит к уменьшению эффективности светодиодов и, следовательно, к уменьшению выхода годных структур. При дозе больше 10¹⁹ см^-2 необходимы более высокотемпературные отжиги для уменьшения концентрации радиационных безызлучательных центров рекомбинации. При таких температурах начинается отжиг и люминесцентно-активных центров. Это приводит к уменьшению эффективности люминесценции и снижению выхода годных структур.
П р и м е р 1. Кристалл-подложку SiC политипа 6Н n-типа проводимости отбирают с концентрацией нескомпенсированных доноров (N_Д - N_А), определяемой по оптическому поглощению - 4 10¹⁸ см^-3. Используемые подложки имеют плотность дислокаций, выходящих на базисную плоскость (0001) не более 10³ см^-2. Предварительно подложки травят в расплаве щелочи (едкого кали) при 500^оС в течение 15 мин, в процессе которого удаляют слой толщиной 20 мкм. После травления идентифицируют полярные грани {0001}. Эпитаксиальные структуры формируют на грани (0001)С, которая предпочтительна с точки зрения создания мезаструктур. Наращивание слоев n и р-типов проводимости осуществляют сублимацией. Рост слоев n-типа проводимости в вакууме 10^-3 Па при 1750^оС в течение 1 ч. Далее образцы-подложки контролируют по толщине наращенного слоя и концентрации (N_Д - N_A). Толщину слоя измеряют на приготовленных торцовых шлифах с помощью микроскопа МЛД с точностью до 1 мкм и она составляет 15 мкм. Концентрацию (N_Д - N_А) определяют методом локального пробоя поверхностных диодов и она составляет 4 10¹⁷ см^-3.
Рост слоя р-типа проводимости проводят в атмосфере Ar в присутствии паров Al (P_Al = 100 Па) при 2200^оС. Продолжительность роста 30 мин. Толщина наращенного слоя 8 мкм.
На полученных структурах измеряют концентрацию акцепторной примеси Al, которая была на уровне 10²⁰ см^-3.
После формирования p-n-перехода образец облучают потоком смешанных нейтронов в реакторе промышленного типа. Доза облучения 10¹⁸ см^-3. Полученные структуры отжигают в атмосфере Аr при 1900^оС в течение 30 с. Далее для измерения параметров электролюминесценции формируют омические контакты: к р-слою металлический Al, к n-слою - сплав (Ni + W), и проводят измерение спектра электролюминесценции и эффективности излучения. Максимум излучения лежит в спектральной области 535 нм. Внешняя квантовая эффективность годных структур ниже 1 10^-4. Выход годных структур 80%.
П р и м е р 2. Условия приготовления подложек и режимы наращивания р- и n-слоев, последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения нейтронами 5 10¹⁸ см^-3. Полученные структуры отжигают в атмосфере Ar при 1900^оС в течение 30 с. Далее поступают, как и в примере 1, формируют омические контакты и проводят измерения спектра электролюминесценции и эффективности излучения. Выход годных структур с внешней квантовой эффективностью 1 10^-4 90%.
П р и м е р 3. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р- и n-слоев и последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения нейтронами 1 10¹⁹ см^-3. Структуры отжигают в атмосфере Ar при 1900^оС в течение 30 с. Выход годных структур с внешней квантовой эффективностью 10^-4 70%.
П р и м е р 4. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р- и n-слоев и последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения нейтронами 5 10¹⁷ см^-3. Полученные структуры отжигают в атмосфере Аr в течение 30 с. Выход годных структур с внешней квантовой эффективностью 10^-4 1%.
П р и м е р 5. Условия приготовления подложек, режимы наращивания р- и n-слоев и последовательность операций такие же, как в примере 1. Доза облучения нейтронами 2 10¹⁹ см^-3. Полученные структуры отжигают в атмосфере Ar в течение 30 с. Время годных структур с внешней квантовой эффективностью 1 10^-4 20%.
Как видно из примеров 4 и 5, где приведены запредельные значения дозы облучения, положительный эффект резко снижается.
Предлагаемый способ изготовления светодиодной структуры позволяет повысить выход годных структур более чем в 10 раз по сравнению с известным способом.
Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает одновременное получение большого числа структур светодиодов путем облучения нейтронами в промышленном реакторе и может быть положен в основу промышленной технологии производства таких светодиодов.
Полученные предлагаемым способом светодиодные структуры могут быть использованы в оптоэлектронике, например, в качестве индикаторов излучения в голубой и зеленой областях спектра.
Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к изготовлению источников света в голубой и зеленой областях спектра. Цель изобретения - повышение выхода годных структур за счет увеличения концентрации центров дефектной люминесценции. На подложку SiC наращивают слой SiC n-типа проводимости, на который в свою очередь, наращивают слой SiC p-типа проводимости. Затем проводят облучение реакторными нейтронами и отжиг.