close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16935

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 16935
(13) C1
(19)
(46) 2013.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
H 01L 33/20
(2010.01)
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОПЕРЕХОДНОГО СВЕТОДИОДА
(21) Номер заявки: a 20101813
(22) 2010.12.16
(43) 2012.08.30
(71) Заявитель: Сычик Василий Андреевич (BY)
(72) Авторы: Сычик Василий Андреевич; Шумило Виктор Степанович
(BY)
(73) Патентообладатель: Сычик Василий
Андреевич (BY)
(56) BY 4669 C1, 2002.
RU 2402110 C1, 2010.
RU 2003113362 A, 2004.
RU 2114492 C1, 1998.
JP 7147429 A, 1995.
KR 2006/0119738 A.
JP 11068153 A, 1999.
BY 16935 C1 2013.04.30
(57)
Способ изготовления гетеропереходного светодиода, в котором формируют полупроводниковое основание в виде полусферы из монокристаллического узкозонного сильнолегированного полупроводника p+-типа проводимости, последовательно наносят на
выпуклую поверхность указанной полусферы эпитаксиальный i-слой широкозонного полупроводника собственной проводимости и эпитаксиальный сильнолегированный n+-слой
узкозонного полупроводника, формируя таким образом p+-i-n+ гетеропереходную структуру, далее наносят на n+-слой и на плоскую поверхность полупроводникового основания
омические контакты, а затем жестко электрически соединяют указанную плоскую поверхность с металлическим основанием.
Изобретение относится к технологии создания полупроводниковых преобразователей
электрической энергии в световую энергию, в частности к технологии полупроводниковых светодиодов.
Известен способ изготовления полупроводникового преобразователя энергии [1], который содержит операции формирования p-n-областей на основании фотопреобразовательной структуры, легирования донорной и акцепторной примесью монокристаллической полупроводниковой подложки, термоотжиг пролегированной полупровод-
BY 16935 C1 2013.04.30
никовой p- и n-структуры при температуре (540÷500) °С в заданном временном интервале.
Этот способ изготовления полупроводникового преобразователя энергии трудоемок,
энергозатратен и имеет низкий КПД преобразования энергии.
Известен также способ изготовления полупроводникового светодиода [2], который
включает операции формирования на слое n-типа проводимости слоя p-типа проводимости
омические контакты к ним. Этот способ изготовления полупроводникового светодиода формирует высокоомные p-n-слои, что обуславливает снижение интенсивности светового излучения, то есть низкий КПД преобразования электрической энергии в световую.
Прототипом предлагаемого изобретения является способ изготовления полупроводникового гетеропереходного светодиода [3], который включает операции формирования на
полупроводниковой подложке слоя n+-типа проводимости, дополнительного слоя n-типа
широкозонного полупроводника и p+-слоя из того же полупроводника, используя двухэтапное травление с разнотолщинными фоторезистивными масками.
Недостатки прототипа:
а) сложная технология изготовления светодиода, формируют слаболегированные слои
между омическими контактами и p-n-переходом, что обуславливает резкое снижение рабочего тока, то есть низкий КПД;
б) невысокая излучающая поверхность гетероструктуры, реализованной в форме горизонтальной многослойной системы;
в) невысокая выходная мощность оптического излучения, поскольку формируют слаболегированные контактирующие с гетеропереходом слои, обладающие большим внутренним сопротивлением, и невысокая стабильность работы светодиода.
Техническим результатом изобретения является повышение мощности выходного светового излучения и КПД.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления гетеропереходного
светодиода, в котором формируют полупроводниковое основание в виде полусферы из
монокристаллического узкозонного сильнолегированного полупроводника p+-типа проводимости, последовательно наносят на выпуклую поверхность указанной полусферы эпитаксиальный i-слой широкозонного полупроводника собственной проводимости и
эпитаксиальный сильнолегированный n+-слой узкозонного полупроводника, формируя
таким образом p+-i-n+ гетеропереходную структуру, далее наносят на n+-слой и на плоскую поверхность полупроводникового основания омические контакты, а затем жестко
электрически соединяют указанную плоскую поверхность с металлическим основанием.
Параметры устройства - гетеропереходного светодиода, полученного предложенным
способом, с размером полезной площади 6,28 см2 составляет: мощность светового излучения p ≈ (1÷5) Вт, яркость B = 200÷300 кд/см2, а КПД ≈ 30 %, что более чем в два раза выше, чем у полупроводниковых светодиодов, полученных способом-прототипом.
Технология изготовления гетеропереходного светодиода.
Из монокристаллического узкозонного сильнолегированного полупроводникового
слитка p-типа проводимости (Ge) заданного диаметра, например 70 мм, и высотой 70 мм
на станке с программным управлением изготавливают полусферу (полупроводниковое
основание) которую подвергают шлифовке, механической и электрохимической полировке.
Методом молекулярно-лучевой эпитаксии формируют на полированной полусфере
полупроводникового основания слой собственной проводимости из широкозонного полупроводника (GaAs) толщиной (1,0÷1,5) Ld, где Ld - диффузионная длина носителей заряда. Средняя скорость наращивания i-слоя широкозонного полупроводника составляет
20÷30 Å/с, а температура нагрева основания T = 300÷400 °С.
На i-слой широкозонного полупроводника методом молекулярно-лучевой эпитаксии
наносят сильнолегированный слой узкозонного полупроводника n+-типа одновременным
легированием донорной примесью с концентрацией ND ≅ 1020÷1021 см-3, толщиной
2
BY 16935 C1 2013.04.30
0,5÷0,9 Ld. Средняя скорость наращивания n+-слоя узкозонного полупроводника составляет 30÷40 Å/с, а температура нагрева основания T = 300÷400 °С.
Наносят методом электронно-лучевого испарения или ионно-плазменного распыления
на n+-слой у полусферического основания металлический слой толщиной 0,5÷2 мкм и шириной 1-3 мм, представляющий омический контакт к n+-слою из узкозонного полупроводника. Средняя скорость формирования металлического слоя составляет 100÷200 Å/с, а
температура нагрева основания составляет 300÷350 °С.
Стравливают плоскую поверхность полупроводникового основания р+-типа методом
ионно-плазменного травления для получения бездефектной структуры и удаления окисной пленки и инородной поверхностной примеси.
Скорость травления составляет 30÷40 Å/с, а температура процесса T = 300÷400 °С.
Наносят методом электронно-лучевого испарения и электронно-лучевого распыления
через маску на 0,8÷0,96 подготовленной поверхности полупроводникового основания р+типа полусферической формы металлический слой толщиной 0,5÷2 мкм, представляющий
омический контакт к полупроводниковому основанию. Средняя скорость формирования
металлического слоя составляет 100÷200 Å/с, а температура нагрева основания
T = 300÷350 °С.
Проводят термоотжиг сформированной структуры гетеропереходного светодиода в
инертной среде в течение 10 ÷ 15 минут при температуре 300 ÷ 450 °С для создания
надежных омических контактов к полупроводниковому основанию p+-типа и n+-слою узкозонного полупроводника.
С помощью электропроводящего клея, представляющего смесь эпоксидной смолы и
алюминиевого или серебряного порошка, приклеивают сформированную структуру гетеропереходного светодиода к металлическому основанию по стандартной технологии. Затем методом приклеивания, ультразвуковой или микроконтактной сваркой присоединяют
внешние металлические выводы к омическим контактам n+-слоя узкозонного полупроводника и полупроводникового основания p+-типа.
Пример.
Изготовление гетеропереходного светодиода на монокристаллической германиевой
подложке с гетеропереходной p+-i, i-n+-структурой и омическими контактами к ней в соответствии с представленной на фиг. 1 схемой.
1. Германиевый монокристаллический цилиндрический слиток диаметром 70 мм и высотой 70 мм, легированный акцепторной примесью A1 до концентрации NA ≅ 5⋅1020 см-3,
подвергают обработке на станке с программным управлением и формируют полусферу
диаметром 60 мм. Шлифовкой с помощью алмазного порошка с размером зерна 1020 мкм, механической полировкой с размером зерна 0,2-0,4 мкм и электрохимической полировкой по стандартной технологии формируют на полупроводниковом основании 1 р+типа проводимости из Ge с Eg = 0,66 эВ, легированном примесью A1 до концентрации
NA ≅ 5⋅1020 см-3, совершенную поверхность.
2. Наносят методом молекулярно-лучевой эпитаксии из одного источника i-слой 2 из
широкозонного полупроводника - арсенида галлия с Eg = 1,43 эВ на всю полусферическую
поверхность полупроводникового основания 1 p+-типа толщиной 1,5 мкм. Средняя скорость наращивания i-слоя 2 GaAs составляет 30 Å/с, а температура полупроводникового
основания 1 T = 450 °С.
3. На i-слой 2 арсенида галлия наносят методом молекулярно-лучевой эпитаксии из
двух источников, в одном из которых находится Ge, а в другом - его донорная примесь
сурьма, слой n+-типа 3 узкозонного полупроводника из Ge с Eg = 0,66 эВ, легированный
донорной примесью ND ≅ 5⋅1020см-3 толщиной 0,3 мкм. Средняя скорость наращивания n+слоя 3 из Ge составляет 40 Å/с при температуре нагрева полупроводникового основания
1 p+-типа T = 400 °С.
3
BY 16935 C1 2013.04.30
4. Наносят через металлическую маску методом электронно-лучевого испарения или
ионно-плазменного распыления на n+-слой 3 у его полусферического основания последовательно слой A1 толщиной 1 мкм и слой никеля толщиной 0,5 мкм, шириной 2 мм, который представляет омический контакт 4 к n+-слою 3. Средняя скорость наращивания
металлического слоя составляет 140 Å/с, а температура нагрева полупроводникового основания 1 p+-типа составляет 300 °С.
5. Обрабатывают плоскую поверхность полупроводникового основания 1 из Ge
p+-типа методом ионно-плазменного травления по стандартной технологии для удаления
окисной пленки и инородной поверхностной примеси. Средняя скорость травления полупроводникового основания 1 составляет 40 Å/с, а температура процесса T = 320 °С.
6. Наносят через металлическую маску на плоскую поверхность полупроводникового
основания 1 диаметром 56 мм методом электронно-лучевого испарения или ионноплазменного распыления омический контакт 5 - слой алюминия 5 толщиной 1,5 мкм.
Средняя скорость формирования слоя A1 составляет 150 Å/с, а температура нагрева полупроводникового основания 1 составляет 300 °С.
7. Проводят термоотжиг сформированной структуры гетеропереходного светодиода в
среде аргона в течение 15 минут при температуре 350 °С для создания надежных омических контактов к полупроводниковому основанию 1 p+-типа и n+-слою 3 узкозонного полупроводника.
8. Присоединяют посредством приклеивания электропроводящим клеем состава 70 %
A1 порошок + 30 % эпоксидная смола к омическому контакту 5 металлическое основание
6. Затем присоединяют этим электропроводящим клеем внешние металлические (алюминиевые) выводы к омическому контакту 4 полупроводникового основания 1 p+-типа и к
металлическому основанию 6.
Изготовленный предложенным способом гетеропереходный светодиод с гетеропереходной структурой p+-i, i-n+-типа размером полезной площади S = 6,28 см при величине
протекающего прямого тока в интервале 50÷100 мА обеспечивает генерацию оптического
излучения в видимой области спектра мощностью светового излучения p ≅ 1-5 Вт, яркостью B = 200÷300 кд/см2, его КПД достигает 30 %.
Технико-экономические преимущества гетеропереходного светодиода, полученного
предлагаемым способом в сравнении с базовым устройством, полученным способомпрототипом:
более чем в два раза возрастает яркость выходного светового излучения;
более чем в три раза возрастает мощность светового излучения;
более чем в 1,5 возрастает КПД светодиода.
Промышленное освоение предлагаемого метода изготовления гетеропереходного светодиода возможно на предприятиях электронной промышленности.
Источники информации:
1. Патент России 02148876, МПК6, H 01L 31/18.
2. А.с. СССР 867249, МПК H 01L 33/00, 1991.
3. Патент РБ 4669 C1, МПК H 01L 33/00.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
84 Кб
Теги
by16935, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа