Способ изготовления гетеропереходного светодиода

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОПЕРЕХОДНОГО СВЕТОДИОДА(71) Заявитель Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Шумило Виктор Степанович(73) Патентообладатель Сычик Василий Андреевич(57) Способ изготовления гетеропереходного светодиода, в котором формируют полупроводниковое основание в виде полусферы из монокристаллического узкозонного сильнолегированного полупроводника -типа проводимости, последовательно наносят на выпуклую поверхность указанной полусферы эпитаксиальный -слой широкозонного полупроводника собственной проводимости и эпитаксиальный сильнолегированный -слой узкозонного полупроводника, формируя таким образом гетеропереходную структуру, далее наносят на -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 областей на основании фотопреобразовательной структуры, легирования донорной и акцепторной примесью монокристаллической полупроводниковой подложки, термоотжиг пролегированной полупровод 16935 1 2013.04.30 никовой - и -структуры при температуре (540500) 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 -типа проводимости слоя -типа проводимости омические контакты к ним. Этот способ изготовления полупроводникового светодиода формирует высокоомные 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 -типа проводимости, дополнительного слоя -типа широкозонного полупроводника и -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 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 -типа проводимости, последовательно наносят на выпуклую поверхность указанной полусферы эпитаксиальный -слой широкозонного полупроводника собственной проводимости и эпитаксиальный сильнолегированный -слой узкозонного полупроводника, формируя таким образом гетеропереходную структуру, далее наносят на -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 см 2 составляет мощность светового излучения(15) Вт, яркость 200300 кд/см 2, 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 -типа проводимостизаданного 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 полупроводникатолщиной (1,01,5) , где- диффузионная длина носителей заряда. Средняя скорость наращивания -слоя широкозонного полупроводника составляет 2030 /с, а температура нагрева основания 300400 С. На -слой широкозонного полупроводника методом молекулярно-лучевой эпитаксии наносят сильнолегированный слой узкозонного полупроводника -типа одновременным легированием донорной примесью с концентрацией 10201021 см-3, толщиной 2 16935 1 2013.04.30 0,50,9 . Средняя скорость наращивания -слоя узкозонного полупроводника составляет 3040 /с, а температура нагрева основания 300400 С. Наносят методом электронно-лучевого испарения или ионно-плазменного распыления на -слой у полусферического основания металлический слой толщиной 0,52 мкм и шириной 1-3 мм, представляющий омический контакт к -слою из узкозонного полупроводника. Средняя скорость формирования металлического слоя составляет 100200 /с, а температура нагрева основания составляет 300350 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 3040 /с, а температура процесса 300400 С. Наносят методом электронно-лучевого испарения и электронно-лучевого распыления через маску на 0,80,96 подготовленной поверхности полупроводникового основания ртипа полусферической формы металлический слой толщиной 0,52 мкм, представляющий омический контакт к полупроводниковому основанию. Средняя скорость формирования металлического слоя составляет 100200 /с, а температура нагрева основания 300350 С. Проводят термоотжиг сформированной структуры гетеропереходного светодиода в инертной среде в течение 1015 минут при температуре 300450 С для создания надежных омических контактов к полупроводниковому основанию -типа и -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 -слоя узкозонного полупроводника и полупроводникового основания -типа. Пример. Изготовление гетеропереходного светодиода на монокристаллической германиевой подложке с гетеропереходной -, 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 1 до концентрации 51020 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 ртипа проводимости изс 0,66 эВ, легированном примесью 1 до концентрации 51020 см-3, совершенную поверхность. 2. Наносят методом молекулярно-лучевой эпитаксии из одного источника -слой 2 из широкозонного полупроводника - арсенида галлия с 1,43 эВ на всю полусферическую поверхность полупроводникового основания 1 -типа толщиной 1,5 мкм. Средняя скорость наращивания -слоя 2 составляет 30 /с, а температура полупроводникового основания 1450 С. 3. На -слой 2 арсенида галлия наносят методом молекулярно-лучевой эпитаксии из двух источников, в одном из которых находится , а в другом - его донорная примесь сурьма, слой -типа 3 узкозонного полупроводника изс 0,66 эВ, легированный донорной примесью 51020 см-3 толщиной 0,3 мкм. Средняя скорость наращивания слоя 3 изсоставляет 40 /с при температуре нагрева полупроводникового основания 1 -типа 400 С. 3 16935 1 2013.04.30 4. Наносят через металлическую маску методом электронно-лучевого испарения или ионно-плазменного распыления на -слой 3 у его полусферического основания последовательно слой 1 толщиной 1 мкм и слой никеля толщиной 0,5 мкм, шириной 2 мм, который представляет омический контакт 4 к -слою 3. Средняя скорость наращивания металлического слоя составляет 140 /с, а температура нагрева полупроводникового основания 1 -типа составляет 300 С. 5. Обрабатывают плоскую поверхность полупроводникового основания 1 из-типа методом ионно-плазменного травления по стандартной технологии для удаления окисной пленки и инородной поверхностной примеси. Средняя скорость травления полупроводникового основания 1 составляет 40 /с, а температура процесса 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 1 составляет 150 /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 -типа и -слою 3 узкозонного полупроводника. 8. Присоединяют посредством приклеивания электропроводящим клеем состава 701 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 -типа и к металлическому основанию 6. Изготовленный предложенным способом гетеропереходный светодиод с гетеропереходной структурой -, типа размером полезной площади 6,28 см при величине протекающего прямого тока в интервале 50100 мА обеспечивает генерацию оптического излучения в видимой области спектра мощностью светового излучения 1-5 Вт, яркостью 200300 кд/см 2, 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, МПК 6,01 31/18. 2. А.с. СССР 867249, МПК 01 33/00, 1991. 3. Патент РБ 4669 1, МПК 01 33/00. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4