Современные светодиоды

Технология выращивания светодиодов на прозрачных подложках

Светодиоды видимого спектра (А1жОаі_ж)о,5Іпо,5Р, работающие на длинах волн в диапазоне 560-660 нм, обычно выращивают на под­ложках GaAs. При этом параметры решеток материала светодиода и подложки согласованы друг с другом. Поскольку при комнатной темпе­ратуре ширина запрещенной зоны GaAs Eg = 1,424 эВ (Ag = 870 нм), толстые подложки GaAs поглощают часть света рабочих длин волн, излучаемого в их сторону. Поэтому светодиоды AlInGaP/GaAs, вы­ращенные на подложках GaAs, обладают низкими коэффициентами оптического вывода света.

Коэффициент оптического вывода в светодиодах AlInGaP может быть существенно повышен удалением подложки GaAs и соедине­нием эпитаксиального слоя AlInGaP с подложкой GaP (Kish et al.,

1994) . GaP — непрямозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны Eg = 2,24 эВ (Аэ = 553 нм). Поэтому он не поглощает свет с А > 553 нм, излучаемый активной областью AlInGaP.

На рис. 9.12 схематично показана технология изготовления свето­диода AlInGaP на подложке GaP. Сначала методом эпитаксии метал­лоорганических соединений из газовой фазы на подложке GaAs выра­щивается двойная гетероструктура AlInGaP. После этого на верхней поверхности гетероструктуры методом эпитаксии из газовой фазы с ис­пользованием хлоридов выращивается толстый слой растекания тока GaP (~ 50 мкм). Такая технология выращивания—недорогой метод формирования толстых эпитаксиальных слоев. Следующий этап заклю­чается в химическом удалении подложки GaAs методом селективного жидкостного травления (Adachi, Ое, 1983; Kish et al., 1994). Во время удаления подложки GaAs толстый слой растекания тока GaP играет роль механической опоры для тонкой двойной гетероструктуры. После этого гетероструктура со слоем GaP скрепляется с подложкой GaP.

Процесс соединения двух пластин требует высокой степени чистоты поверхностей, отсутствия каких-либо частиц между пластинами и уда­ления с поверхностей окислов. Зазор между двумя пластинами часто заполняется специальным клеем. При вращении пластин с высокой ско-

Соединение двойной гетероструктуры с слоем GaP с подложкой GaP Светодиодный

под давлением при кристалл AlInGaP повышенной на прозрачной

ростью этот клей выдавливается наружу. В работах Киша и др. и Хе - флера и др. (Kish et al., 1995; Hoefler et al., 1996) описана технология соединения пластин AlInGaP и GaP, применяемая для подложек GaP диаметром 50 мм (два дюйма). В этой технологии используется одно­осное давление при повышенных температурах (750-1000 °С) (Hoefler et al., 1996). Показано (Kish et al., 1995), что качество проводящей области на границе раздела двух пластин сильно зависит от выравни­вания на кристаллографическом уровне соединяемых пластин, а не от согласования их кристаллических решеток. Отмечено, что при одновре­менном вращении пластин кристаллографические ориентации их по­верхностей должны оставаться согласованными. Описанная технология используется в серийном производстве светодиодов AlInGaP/GaP, ра­ботающих при низких прямых напряжениях (~ 2,2 В). По надежности такие светодиоды сравнимы со светодиодами AlInGaP/GaAs. Обычно технологии склеивания пластин патентованы и неизвестны широкому кругу.

Прямое напряжение является важной характеристикой светодиодов, изготовленных по технологии соединения пластин. Низкие значения напряжения свидетельствуют об отсутствии промежуточных оксидных слоев и формировании полноценной химической связи между двумя полупроводниковыми пластинами. На рис. 9.13 показаны вольтампер­ные характеристики двух выпускаемых промышленностью светодиодов AlInGaP — на поглощающей излучение подложке и на прозрачной под­ложке. Видно, что светодиод на прозрачной подложке обладает более высокими значениями прямого напряжения и последовательного сопро­тивления по сравнению со светодиодом на поглощающей подложке.

Более высокое напряжение у светодиодов на прозрачных подложках можно объяснить омическими потерями либо на границе раздела меж-

Рис. 9.13. Вольтамперные характеристики, значения прямого напряжения и по­следовательного сопротивления светодиодов AlInGaP на подложках GaP и

GaAs

ду пластинами, либо в подложке GaP. Для минимизации поглощения на свободных носителях концентрацию легирующих примесей п-типа в подложке GaP стремятся поддерживать умеренно низкой.

На рис. 9.14 для сравнения приведены микроснимки двух светоди­одов AlInGaP: на прозрачной GaP и поглощающей GaAs подложках. В светодиодах второго типа подложка выглядит более темной, чем в светодиодах первого типа. Внешний квантовый выход светодиодов AlInGaP/GaP в 1,5-3,0 раза выше, чем светодиодов AlInGaP/GaAs.