Электролюминесцентный диод и способ его изготовления

-и 1 665 35 О Соаз Советских Соцналнстнческнх Республик(45) Дата опубликования описания 30.05,79(51) М. Кл.аН 01 Ь 29/20//Н 011. 21/Зб Государственный комитет по делам изобретений н открытнй(72) Авторы изобретения Иностранцы Еренфрид Буттер, Райнер Дос, Бригитте Якобс, Клаус Якобс,флориан Куглер, Конрад Унгер и Альфред Цее(ГДР) Иностранное предприятие феб Верк фюр фернзеэлектроник1Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов на основе соединений типа АттВ.Известны электролюминесцентные диоды на основе полупроводникового материала типа АптВт с излучением в плоскости р - и-перехода 111.Известен также способ изготовления электролюминесцентных диодов методом жидкофазной эпитаксии 121,Измерения времени задержки между . электрическим возбуждением и эмиссией света на обычных применяемых люминесцентных диодах показали, что р - и-переход может иметь разницу задержки времени, измеренной вдоль р - и-перехода и перпендикулярно к нему, достигающую величины выше 10 - а с. Местные различия времени задержки подобного порядка величины исключают, например, возможность применения люминесцентных диодов в устройствах измерения дальности высокой точности, которые работают по методу оптической локации. Большая местная разница задержки времени существенно снижает точность измерения. Схемы со связанными эмиттерами, которые выполняют оптимальным способом логические операции, могут накапливать оптические сигналы и создавать собственные колебания интенсивности 5 эмиттируемого излучения. Однако при подобных местных погрешностях в задержке времени могут создавать предельную (критическую) частоту только ниже 10 з Гц.Поэтому нельзя использовать основное 10 преимущество модулирующей способностивплоть до очень высоких частот. Величина разницы местной задержки времени, из-за которой происходит установленный недостаток применимости существующих люми несцентных диодов, зависит от различныхусловий инжекции и поглощения в активном слое. Этот недостаток свойственен как люминесцентным диодам с боковым излучением, так и с поверхностным излучением.20 Цель изобретения - получение постоянства времени задержки.Поставленная цель достигается тем, что,на подложку с концентрацией доноров и,) 10" см внанесены два слоя с различными градиентами легирования, причем градиент одного слоя имеет значение ( 102 з см в , а градиент легированного слоя,) 10" см - 4, коэффициент поглощения легированной структуры в области р - и-перехода является постоянным и увеличиваетсяв сторону и+- и р+-области в 10 в 10 раз.Ширина светящейся зоны не превышает20 мкм.По способу изготовления диода на подложку а=СлаАз с диапазоном легированиял) 5 10" см -из нестсхиометричсскогорасплава с составом баАз: (за: А 1: Хп =1::4,60 - 4,76:0,015 - 0,028: 0,03 наносят р+-сло йпри скорости охлаждения 0,5 - 10 С/мин,который затем отжигают в частично замкнутоц системе в атмосфере 1-1 при 900 -1000 С в течение 0,1 - 3,0 ч.Местную разницу времени задержки сокращают тем, что выполняют симметричнопоглощающий профиль (сечение поглощения) электролюминесцентного диода соструктурой р+-р-п+. Этот абсорбционныйпрофиль (сечение поглощения) создаютгерпсндикулярно к излучающему слою таким образом, чтобы коэффициент поглощения был бы малым и приблизительно постоянным выше зоны максимума излученияв пределах полуширины ослабления и симметрично возрастал с увеличением р+ и а+вышс диапазона ширины полосы пропускация на уровне 0,5,Наиболее благоприятная ширина полосыпропускания на уровне 0,5 для достижениявысокой яркости у подобных электролюминесцентных диодов с постоянным временемзадержки (меньше 1 О/о) может составлятьвплоть до максимального значения 10 мк.Общая ширина активно светящейся полосыможет достигать тогда около 20 мк, Согласно изобретению возможно предсказатьхарактеристику коэффициента поглощенияпо форме и положению максимума главного лепестка диаграммы направленности поля видимости относительно оптической оси.Симметричная диаграмма излучения соответствует тогда, когда сс максимум лежитв плоскости р - и-перехода (которая представляет собой оптическую ось) и имеетплавное возрастание вблизи максимума,незначительной разнице коэффициентов поглощения в пределах ширины полосы пропускания на уровне 0,5 излучаемого диапазона. Вследствие зависимости от числа свободных носителей зарядов, а также возмущающего влияния термической зависимости коэффициента поглощения можно преобразовать симметричный поглощающийпрофиль в соответствующий профиль примесей.Электролюминесцентный диод изготавливают путем жидкостной эпитаксии или пометоду диффузии с надлежащей последующей обработкой (отжигом) для более детальной юстировки симметричного поглощающего профиля.Если исходным материалом является ар 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 65 сеццд галлия, то требуются основные при мссц п)5 10 д см -вплоть до концентрации выпадения. В качестве л-основной примеси могут быть свинец, кремний, теллур, в качестве акцептора служит цинк.Изобретение описано на двух примерах выполнения для изготовления двойного слоя р+ на субстрат (подложку) или в самом субстрате на основе арсенида галлия.На фиг. 1 показана структура элементов; на фиг. 2 изображен профиль примесей; на фиг. 3 - поглощающий профиль; ца фиг.4 приведены интенсивность и однородность времени задержки в зависимости ширины полосы свечения; на фиг. 5 дано поле диода.Изготовление структуры р+ - р - и+ посредством жидкостной эпитаксии осуществляют в модифицированной опрокидывающейся аппаратуре по Нельсону с расположенной внутри закрывающейся кварцевой ампулой, в которой находится графитовая лодочка с расплавом и которая препятствует отгонке цинка. Требуемой структуры диода (симметричного поглощающего профиля) достигают в результате соответствующего нестехиометрического состава расплава и надлежащего выбора температурного режима. При общем количестве 5 г расплав распределяется в следующих соотношениях масс баАЯ: 6 а: А 1: Хп = 1: 4,7: :0,02:0,03. Алюминий предназначен для модификации поглощающей характеристики. Максимальную температуру перед выращиванием кристаллов нсльзя повышать больше 960 С. Выращивание кристаллов происходит в температурном интервале между 930 и 780 С при скорости охлаждения 3 С/мин. Для создания требуемого симметричного поглощающего профиля производят отжиг при температуре 960 С и водородной атмосфере в течение 90 мин в кварцевой трубке, которую закрывают при 400 С, Параметры температуры и времени, т. е. температурный режим, изменяют следующим образом от переменного состава расплава и основных примесей субстрата:С а Аз: ба: А 1 = 1: 4,6: 0,15 до 1: 4,76: 0,028; скорость охлаждения 0,5 до 10 мин, отжиг в течение 0,1 до 3 ч при температуре от 900 до 1000 С.Другую возможность реализации изобретения представляет собой метод диффузии. Этот способ осуществляют в ампулах емкостью 5 мл в однопечной системе. Берут навеску цинкомышьяковистого соединения из 50 ат, /, мышьяка и цинка в количестве 5% относительно навески основного материала арсенида галлия. Диффузию осуществляют при температурах от 950 до 1050 С в течение от 30 до 5 мин при скорости нагрева и охлаждения приблизительно 10 С/мин. При глубине проникновения до 40 мк (в зависимости от основной примеси) созданный диффузионный профиль по665350 лд ю/сп 5казывает по способу пробоя р - и-перехода незначительную разницу концентрации примерно в зоне длиной 8 мк, причем эта разница концентрации приобретает значение около 2 ИР и в последующем к зоне р+ в пределах от 2 до 3 мк круто возрастает до значения концентрации УА 8 10" см - з. Эти соотношения примесей могут быть получены также при более низких температурах и более длительном времени диффузии.Технологическое предельное условие определяют введением примесного атома без его выделения. Требуемый симметричный поглощающий профиль, который характеризуется вышеизмеренным примесным профилем, можно также изготовить посредством двухступенчатой диффузии, для чего сначала создают очень плавный примесный профиль (диффузия из источника цинка - галлия с частотой 1%), а затем - крутой профиль р+ (диффузия из источника Уп, - Аз, , УпАз 2).Электролюминесцентный диод, изготовленный по способу с модулированным излучением, благодаря повышению верхнего предела частот может быть использован в более широкой области применения, Кроме того, существенно снижается, например, предел погрешности измерения (оптическое совпадение). Формула изобретения1. Электролюминесцентный диод на основе полупроводникового материала типа 6А"Вч с излучением в плоскости р - и-перехода, отл ич а ющийся тем, что, сцелью получения постоянства времени задержки, на подложку с концентрацией до 5 норов л) 10 и см -нанесены два слоя сразличными градиентами легирования,причем градиент одного слоя имеет значение (10" см - 4, а градиент легированногослоя, прилегающего к р-зоне, имеет значе 10 ние )10" см - 4, при этом коэффициент поглощения легированной структуры в области р - п-перехода является постоянным иувеличивается в сторону а+ и р+-области вв 10 в 10 раз.15 2. Диод по п. 1, отличающийся тем,что ширина светящейся зоны не превышает20 мкм.3. Способ изготовления диода по п. 1 методом жидкофазной эпитаксии, о т л и ч а 2 О ю щи й с я тем, что на подложку и-баАз сдиапазоном легирования и)5 10" см -изнестехиометрического расплава с составомбаАз: ба: А 1:2 п = 1; 4,60 - 4,76;0,015 -0,028:0,03 наносят р+-слой при скорости ох 25 лаждения 0,5 - 10 С/мин, который затем отжигают в частично замкнутой системе в атмосфере Н 2 при 900 - 1000 С в течение0,1 - 3,0 ч,Источники информации,Зо принятые во внимание при экспертизе1. Сб. Физика полупроводниковых приборов. М. Энергия, 1973, с. 78.2. Ргосеей 1 ЕЕЕ ч 55,8, 1967, р. 1415./ к/,к ставитель Г. УгличииаТехред А. Камышников ректор Е, Хмелева балова едакто ипография, пр. Сапунов Заказ 837/5 Изд. ЛЪ 348 Тираж 922 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5