CZ308024B6 - Method of producing an epitaxial structure with InGaN quantum wells - Google Patents
Method of producing an epitaxial structure with InGaN quantum wells Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308024B6 CZ308024B6 CZ2018-563A CZ2018563A CZ308024B6 CZ 308024 B6 CZ308024 B6 CZ 308024B6 CZ 2018563 A CZ2018563 A CZ 2018563A CZ 308024 B6 CZ308024 B6 CZ 308024B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- ingan
- growth
- temperature
- quantum well
- barrier layer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/29—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
- H10P14/2901—Materials
- H10P14/2907—Materials being Group IIIA-VA materials
- H10P14/2908—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
- H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3414—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
- H10P14/3416—Nitrides
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
Description
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká vícevrstvých polovodičových struktur na bázi nitridu gallia, které lze využít zejména pro svítivé diody, solární články nebo scintilátory, které obsahují kvantové jámy z InGaN (slitinového polovodiče z InN a GaN) se zvýšeným obsahem InN.The invention relates to multilayer semiconductor structures based on gallium nitride, which can be used in particular for light-emitting diodes, solar cells or scintillators, which contain quantum pits of InGaN (InN and GaN alloy semiconductors with increased InN content).
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Nejrozšířenější strukturou pro svítivé diody vyzařující v modré a zelené oblasti viditelného spektra jsou polovodičové struktury na bázi GaN s vnořenými tenkými vrstvami slitinového polovodiče InGaN, tzv. kvantovými jamami. Protože jsou zejména modré diody v současnosti široce využívány pro bílé osvětlení, podsvícení displejů počítačů, tabletů a mobilních telefonů, je tato oblast techniky pokryta řadou patentů, např. WO 2008056632, US 2009258452, US 2010150194, nebo US 2014145147. I z nepatentové literatury jsou známá řešení týkající se výše uvedené oblasti techniky, např. Jianping Liu, et al.: Realization of InGaN laser diodes above 500 nm by growth optimization of the InGaN/GaN active region, Applied Physics Express, Volume 7, Number 11, Published 17 October 2014. Všechny tyto patentové i nepatentové dokumenty se týkají různého druhu InGaN/GaN heterostruktur a jejich aplikací. V posledních letech se soustřeďuje snaha technologů na vytvoření struktury vyzařující na delších vlnových délkách od zelené až po oranžovou. Prodloužení vlnové délky vyzařovaného spektra však vyžaduje zvýšení obsahu InN v InGaN kvantových jamách, což je technologicky velice těžce proveditelné. In je ve srovnání s galliovým atomem velké a do struktury se zabudovává velmi neochotně jen za snížené teploty. Nižší teplota přípravy InGaN kvantových jam má však za následek snížení intenzity vyzařovaného světla kvůli nedokonalosti krystalové struktury. Navíc pro zvýšení intenzity vyzařovaného světlaje nutné zvýšit teplotu epitaxe při růstu GaN vrstev oddělujících jednotlivé InGaN kvantové jámy. Při zvýšení teploty však dochází k desorpci InN složky z tenké InGaN vrstvy. Tomu se zabraňuje depozicí tenké krycí GaN vrstvy za nízké teploty, která je vyžadována pro epitaxi InGaN. Tloušťka této GaN krycí vrstvy odpovídá tloušťce jedné až dvou atomárních mono vrstev. Teprve po zakrytí InGaN vrstvy nízkoteplotní GaN vrstvou je teplota zvýšena a při vyšší teplotě je připraven zbytek GaN bariéry [R.A.01iver et al., Appl. Phys. Lett 103 (2013) 141114], Schéma tohoto technologického postupuje znázorněno na obr. 1 (a) pro kvantovou jámu s konstantním složením. Tento technologický postup však generuje krystalografické defekty snižující efektivitu luminiscence světelných diod. Navíc bylo zjištěno, že ani tento postup nezabraňuje dostatečně desorpci InN z kvantových jam. Pro zlepšení luminiscenčních vlastností kvantových jam lze použít kvantové jámy s gradovaným složením překryté opět nízkoteplotní GaN vrstvou [R.J.Choi et al., Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 2763-6], Schéma tohoto technologického postupu je znázorněno na obr. l(b). V poslední době byl proto technology navržen nový typ krycích vrstev AlGaN, protože Al atomy vytvářejí pevnější vazby a dokonaleji brání desorpci In [D.D.Koleske et al., J. Cryst. Growth 415 (2015) 57-64], Nevýhodou tohoto postupu je však velice nedokonalé rozhraní, protože AlGaN vyžaduje přirozeně ještě vyšší teplotu epitaxe pro vytvoření kvalitního krystalu.The most widespread structure for light emitting diodes emitting in the blue and green areas of the visible spectrum are GaN-based semiconductor structures with embedded thin layers of the InGaN alloy semiconductor, called quantum wells. In particular, since blue diodes are currently widely used for white lighting, computer, tablet and mobile phone backlighting, this field of technology is covered by a number of patents, e.g. WO 2008056632, US 2009258452, US 2010150194, or US 2014145147. known solutions relating to the aforementioned field of technology, e.g. Jianping Liu, et al .: InGaN Laser Diodes Above 500 nm Realization of InGaN / GaN Active Region, Applied Physics Express, Volume 7, Number 11, Published 17 October All these patent and non-patent documents relate to various types of InGaN / GaN heterostructures and their applications. In recent years, the efforts of technologists have been focused on creating a structure emitting at longer wavelengths from green to orange. However, increasing the wavelength of the radiated spectrum requires an increase in the InN content in the InGaN quantum wells, which is technologically very difficult to implement. In, compared to the gallium atom, In is large and reluctantly incorporated into the structure at reduced temperature. However, the lower temperature of preparation of the InGaN quantum wells results in a decrease in the intensity of the light emitted due to the imperfection of the crystal structure. In addition, in order to increase the intensity of the emitted light, it is necessary to increase the epitaxial temperature as GaN layers separate individual InGaN quantum wells. However, as the temperature rises, the InN component is desorbed from the thin InGaN layer. This is prevented by the deposition of the thin overlay GaN at the low temperature required for InGaN epitaxy. The thickness of this GaN cover layer corresponds to the thickness of one to two atomic mono layers. Only after covering the InGaN layer with a low temperature GaN layer is the temperature raised and at a higher temperature the rest of the GaN barrier is prepared [R.A.01iver et al., Appl. Phys. Lett 103 (2013) 141114], The scheme of this technological process is illustrated in Fig. 1 (a) for a quantum well with a constant composition. However, this process generates crystallographic defects that reduce the efficiency of light emitting diodes. Moreover, it has been found that this procedure does not sufficiently prevent the desorption of InN from quantum wells. Graded composition quantum wells overlaid with a low-temperature GaN layer can also be used to improve the luminescence properties of quantum wells [R.J.Choi et al., Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 2763-6]. A scheme of this process is shown in Figure 1 (b). Recently, therefore, a new type of AlGaN coatings has been proposed by the technology, since Al atoms form stronger bonds and more effectively prevent In desorption [D.D. Koles et al., J. Cryst. Growth 415 (2015) 57-64], The disadvantage of this procedure, however, is the very imperfect interface, since AlGaN naturally requires an even higher epitaxy temperature to form a quality crystal.
Předložený vynález navrhuje nové složení a technologii výroby krycí vrstvy InGaN kvantových jam tak, aby bylo zabráněno úniku InN z InGaN tenkých vrstev a zároveň byla zachována vysoká krystalografická kvalita rozhraní mezi vrstvou kvantové jámy a bariéry.The present invention proposes a new composition and technology for the production of the InGaN quantum well cover layer so as to prevent InN leakage from the InGaN thin layers while maintaining the high crystallographic quality of the interface between the quantum well layer and the barrier.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Jak je výše uvedeno, vynález se týká způsobu přípravy epitaxní vícevrstvé polovodičové struktury na bázi nitridu gallia GaN s vnořenými tenkými vrstvami směsného nitridu gallia aAs mentioned above, the invention relates to a process for preparing an epitaxial multilayer semiconductor structure based on gallium nitride GaN with embedded thin layers of mixed gallium nitride and
- 1 CZ 308024 B6 india, tzv. kvantovými jamami. Směsný nitrid gallia a india je zde pro jednoduchost označován bez ohledu na poměr obsahu gallia Ga a india In jako InGaN, tedy vzorcem nevyjadřujícím stechiometrii. Při přípravě takovýchto vícevrstvých struktur se známým způsobem vylučováním z plynných prekurzorů nebo z molekulárních svazků epitaxně nanáší sled InGaN kvantových jam oddělených vrstvami, které mají funkci potenciálových bariér, a jsou označovány dále jako bariérové vrstvy. Při epitaxním nanášení InGaN kvantových jam se udržuje teplota nižší, než je teplota při epitaxním nanášení bariérových vrstev. Přitom je žádoucí při růstu bariérové vrstvy co nejvíce zabránit desorpci india z InGaN kvantové jámy. K tomu účelu je nezbytné vytvořit tenkou vrstvu mezi InGaN kvantovou jámou a bariérovou vrstvou, která této desorpci In brání. Tato vrstva je zde dále označována jako krycí vrstva a má již funkci potenciálové bariéry ke kvantové jámě. Původci vynálezu zjistili, že krycí vrstvu, která chrání InGaN kvantovou jámu, je možné vytvořit způsobem, při kterém se epitaxní růst bariérové vrstvy provádí bez přerušení dodávání atomů gallia, které se ve formě nitridu zabudovávají do krystalové mřížky.Quantum wells. For the sake of simplicity, the mixed gallium and indium nitride is herein referred to as InGaN, i.e., the formula not expressing stoichiometry, irrespective of the ratio of the gallium and indium In contents. In preparing such multilayer structures by a known method of elimination from gaseous precursors or molecular beams, they epitaxially deposit a sequence of InGaN quantum wells separated by layers which function as potential barriers and are referred to below as barrier layers. The epitaxial deposition of the InGaN quantum wells maintains a temperature lower than the epitaxial deposition of the barrier layers. Desirably, desorption of indium from the InGaN quantum well is desirable as the barrier layer grows. To this end, it is necessary to form a thin layer between the InGaN quantum well and the barrier layer that prevents this desorption In. This layer is hereinafter referred to as the cover layer and already has the function of a potential barrier to the quantum pit. The inventors have found that the cover layer that protects the InGaN quantum well can be formed by a process in which the epitaxial growth of the barrier layer is carried out without interrupting the supply of gallium atoms which are incorporated into the crystal lattice as nitride.
Při způsobu podle vynálezu se vždy bezprostředně po nanesení InGaN kvantové jámy během zvyšování teploty kontinuálně nanáší krycí vrstva a následně při vyšší teplotě bariérová vrstva, přičemž epitaxní nanášení krycí a bariérové vrstvy se provádí ze směsi plynů obsahující organokovový prekurzor Ga a/nebo prekurzor AI a amoniak NH3, přičemž toto nanášení krycí a bariérové vrstvy se provádí bez přerušení přivádění směsi plynů obsahující organokovový prekurzor Ga a/nebo prekurzor AI. Prekurzory pro růst těchto vrstev jsou typicky triethylgallium (CzHsjsGa nebo trimethylgallium (CHsjsGa, a trimethylindiunXCHsjaln. Použití (CHbhGa snižuje, oproti (CHsjsGa, uhlíkovou kontaminaci vrstev, avšak tento prekurzor nesmí být použit pro růst za teploty vyšší než 900 °C, jinak dochází k reakci tohoto prekurzoru s amoniakem již v plynné fázi a k zastavení epitaxního růstu. Další složkou přiváděné směsi plynů je inertní plyn, zpravidla dusík.In the method according to the invention, immediately after the deposition of the InGaN quantum well during the temperature increase, the coating layer is continuously applied and subsequently the barrier layer is applied at higher temperature, the epitaxial coating and barrier layer being applied from gas mixture containing organometallic precursor Ga and / or precursor AI and ammonia NH 3, wherein the deposition of the cover and barrier layers is carried out without interrupting the introduction of a gas mixture comprising an organometallic precursor Ga and / or precursor A1. The precursors for the growth of these layers are typically triethylgallium (CzHsjsGa or trimethylgallium (CHsjsGa, and trimethylindiunXCHsjaln). Usage (CHbhGa reduces, compared to (CHsjsGa), carbon contamination of the layers, but this precursor must not be used for growth above 900 ° C. reaction of this precursor with ammonia already in the gas phase and to stop the epitaxial growth Another component of the supplied gas mixture is an inert gas, usually nitrogen.
Epitaxní nanášení krycí a/nebo bariérové vrstvy se s výhodou provádí ze směsí plynů obsahující organokovový prekurzor Ga a/nebo prekurzor AI a dále také prekurzor In. Prekurzor In se s výhodou přivádí zejména tehdy, kdy směs plynů pro nanášení krycí a/nebo bariérové vrstvy obsahuje prekurzor AI.The epitaxial deposition of the cover and / or barrier layer is preferably carried out from gas mixtures comprising an organometallic precursor Ga and / or a precursor A1 and further a precursor In. In particular, the precursor In is preferably introduced when the gas mixture for coating and / or barrier coating comprises a precursor A1.
Nanášení krycí a bariérové vrstvy bez přerušení dodávání atomů, které se zabudovávají do krystalové mřížky, podle předloženého vynálezu je použitelné také při epitaxním nanášení uvedených nitridů kovů z molekulárních svazků. V této variantě způsobu se po dokončení růstu InGaN kvantové jámy pokračuje v nanášení krycí a bariérové vrstvy bez přerušení dodávání atomů, které se zabudovávají do krystalové mřížky, pouze zvýšením proudu Ga atomů.The coating of the barrier and barrier layers without interrupting the supply of atoms which are incorporated into the crystal lattice of the present invention is also useful in the epitaxial deposition of said metal nitrides from molecular beams. In this process variant, upon completion of the growth of the InGaN quantum well, the coating and barrier layers are continued to be applied without interrupting the supply of atoms that are incorporated into the crystal lattice, only by increasing the current of the Ga atoms.
Překrývání InGaN kvantových jam krycí vrstvou se provádí bez přerušení růstu během procesu zvyšování teploty na teplotu nutnou pro kvalitní růst bariérové, nejčastěji GaN vrstvy, jak bude dále ještě vysvětleno za pomoci připojených obrázků obr. 2(a)-(d). Krycí vrstvou se v rámci tohoto vynálezu rozumí tenká vrstva mezi InGaN kvantovou jámou a bariérovou vrstvou, která má strmě klesající gradient koncentrace In atomů. Při vytváření krycí vrstvy může být do reaktoru s výhodou přidáváno malé množství organokovového prekurzoru In. Přítomnost tohoto prekurzoru v reaktoru ještě účinněji brání desorpci In z InGaN kvantových jam. Teplota epitaxe se během růstu krycí vrstvy spojitě zvyšuje, čímž dochází k prudkému snižování obsahu InN v krycí vrstvě, protože In atomy se za vyšší teploty prakticky nezabudovávají. Epitaxní nanášení kvantové jámy se s výhodou provádí při teplotě nižší než 780 °C a nanášení bariérové vrstvy se s výhodou provádí při teplotě vyšší než 800 °C. Krycí vrstva tedy sestává z GaN nebo z InGaN s obsahem InN složky do 4 % molámích nebo InAIN s obsahem InN složky do 25 % molámích. Na takto připravené krycí vrstvě pak při pokračování provádění způsobu podle vynálezu pokračuje kontinuálně růst bariérové vrstvy, která je nejčastěji tvořena GaN, může však mít i jiná složení např. InGaN, InAIN, AlGaN nebo InAlGaN.The overlaying of the InGaN quantum wells with a cover layer is carried out without interruption of growth during the process of raising the temperature to the temperature necessary for good growth of the barrier, most commonly GaN layer, as further explained with reference to the accompanying Figures 2 (a) - (d). For the purposes of the present invention, a cover layer is understood to mean a thin layer between an InGaN quantum well and a barrier layer having a steeply decreasing gradient of the concentration of In atoms. Preferably, a small amount of organometallic precursor In may be added to the reactor to form the coating. The presence of this precursor in the reactor even more effectively prevents the desorption of In from the InGaN quantum wells. The epitaxy temperature increases continuously during growth of the coating, thereby rapidly reducing the InN content of the coating, since the In atoms are virtually not incorporated at higher temperatures. The epitaxial deposition of the quantum well is preferably carried out at a temperature below 780 ° C and the deposition of the barrier layer is preferably carried out at a temperature above 800 ° C. Thus, the cover layer consists of GaN or InGaN with an InN content of up to 4 mol% or InAIN with an InN component of up to 25 mol%. The barrier layer, which is most often made of GaN, continues to grow continuously on the cover layer thus prepared, but may also have other formulations such as InGaN, InAIN, AlGaN or InAlGaN.
Kvantová jáma se s výhodou nanáší v tloušťce do 5 nm, krycí a bariérová vrstva se s výhodou nanáší v celkové tloušťce větší než 5 nm.The quantum well is preferably applied at a thickness of up to 5 nm, and the cover and barrier layers are preferably applied at a total thickness of greater than 5 nm.
-2CZ 308024 B6-2GB 308024 B6
V průběhu nanášení InGaN kvantové jámy se s výhodou nastavuje poměr přiváděných organokovových prekurzorů india In a gallia Ga tak, aby bylo dosaženo obsahu nitridu india InN v InGaN kvantové jámě alespoň 12 % molámích. V případě použití InGaN krycí vrstvy se během zvyšování teploty bezprostředně po nanesení InGaN kvantové jámy zvýší přivádění prekurzoru Ga, a popřípadě omezí nebo zcela zastaví přivádění prekurzoru In. Obsah InN v krycí vrstvě strmě klesá ve směru epitaxního růstu od InGaN kvantové jámy k bariérové vrstvě v důsledku zvyšování epitaxní teploty, přičemž obsah InN v bariérové vrstvě je nejvýše 4 % molámí.Preferably, during the deposition of the InGaN quantum well, the ratio of the indium In and gallium Ga organometallic precursors fed is adjusted so as to achieve an indium InN nitride content of the InGaN quantum well of at least 12 mol%. If the InGaN coating is used, during the temperature increase immediately after the deposition of the InGaN quantum well, the precursor feed Ga is increased, and optionally the feed precursor In is reduced or completely stopped. The InN content of the cover layer decreases steeply in the direction of epitaxial growth from the InGaN quantum well to the barrier layer due to an increase in the epitaxial temperature, wherein the InN content in the barrier layer is at most 4 mol%.
V případě použití InAIN krycí vrstvy se během zvyšování teploty bezprostředně po nanesení InGaN kvantové jámy zastaví přivádění prekurzoru Ga a zahájí se přivádění prekurzoru AI.If an InAIN overlay is used, during the temperature increase immediately after the InGaN deposition of the quantum well, the precursor Ga is stopped and the precursor A1 is started.
Vícevrstvé polovodičové struktury na bázi nitridu gallia pro svítivé diody, solární články nebo scintilátory, vyrobitelné způsobem podle vynálezu, jsou charakteristické tím, že prodlužují vlnovou délku emitovaného světla, případně absorpční hrany detekovaného světla o nejméně 15 nm a mají alespoň dvojnásobnou efektivitu luminiscence kvantových jam oproti obdobným strukturám vyrobených konvenčními způsoby, jak bude dále ještě vysvětleno v souvislosti s obr.Multilayer semiconductor structures based on gallium nitride for light-emitting diodes, solar cells or scintillators obtainable by the method of the invention are characterized in that they increase the wavelength of the emitted light or the absorption edge of the detected light by at least 15 nm and have at least twice the luminescence efficiency of quantum pits similar structures made by conventional methods, as will be further explained with reference to FIG.
4. Tento účinek vynálezu původci připisují zkvalitnění krystalografické struktury v oblasti rozhraní InGaN/GaN. Pokud je struktura připravena jako fotovoltaická, zvýší se posunem absorpční hrany detekční účinnost struktury ve viditelné oblasti spektra.4. This effect of the invention is attributed to the inventors by improving the crystallographic structure in the region of the InGaN / GaN interface. If the structure is prepared as photovoltaic, by shifting the absorption edge, the detection efficiency of the structure in the visible region of the spectrum will increase.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1. (a) Schéma sekvence vpouštění organokovových prekurzorů do reaktoru a průběhu epitaxní teploty během běžně používané technologie přípravy struktury s InGaN kvantovými jamami s konstantním složením, která se skládá z následujících kroků: časový interval tl-t2 - růst InGaN kvantové jámy, časový interval t2-t3 - nízkoteplotní růst GaN konzervující kvantovou jámu, časový interval t3-t4 - přerušení růstu, časový interval t4-t5 - růst bariérové vrstvy, časový interval t5-t6 - přerušení růstu.Giant. 1. (a) Sequence diagram of the introduction of organometallic precursors into the reactor and the course of epitaxial temperature during commonly used InGaN quantum well structure preparation technology consisting of the following steps: tl-t2 time interval - growth of InGaN quantum well, time interval t2-t3 - low temperature growth of GaN preserving quantum well, time interval t3-t4 - growth interruption, time interval t4-t5 - barrier layer growth, time interval t5-t6 - growth interruption.
Obr. 1 (b) Schéma sekvence vpouštění organokovových prekurzorů do reaktoru a průběhu epitaxní teploty během běžně používané technologie přípravy struktury s InGaN kvantovými jamami s gradovaným složením kvantové jámy, která se skládá z následujících kroků: časový interval tl-t2 - růst InGaN kvantové jámy, časový interval t2-t3 - nízkoteplotní růst GaN konzervující kvantovou jámu, časový interval t3-t4 - přerušení růstu, časový interval t4-t5 - růst bariérové vrstvy, časový interval t5-t6 - přerušení růstu.Giant. 1 (b) Sequence diagram of the introduction of organometallic precursors into the reactor and the course of epitaxial temperature during commonly used InGaN quantum well structure grading technology, comprising the following steps: time interval tl-t2 - InGaN quantum well growth, time interval t2-t3 - low temperature growth of GaN preserving quantum well, time interval t3-t4 - growth interruption, time interval t4-t5 - growth of barrier layer, time interval t5-t6 - growth interruption.
Obr. 2. (a) Sekvence vpouštění organokovových prekurzorů do reaktoru a schéma průběhu teploty během růstu struktury podle tohoto vynálezu, kdy není přerušen růstový proces během zvyšování teploty epitaxe po ukončení růstu InGaN kvantové jámy. Schéma představuje způsob přípravy struktury podle příkladu 1. Technologický postup se skládá z následujících kroků: časový interval tl-t2 - růst InGaN kvantové jámy, časový interval t2-t3 - růst (In)GaN krycí vrstvy, časový interval t3-t4 - růst (In)GaN bariérové vrstvy, časový interval t4-t5 - přerušení růstu.Giant. (A) Sequence of the introduction of organometallic precursors into the reactor and a temperature profile during growth of the structure of the present invention, wherein the growth process is not interrupted during the increase in epitaxis temperature after completion of the growth of the InGaN quantum well. The scheme represents a method of preparing the structure of Example 1. The technological process consists of the following steps: t1-t2 time interval - growth of InGaN quantum well, t2-t3 time interval - GaN growth (In) GaN layer, t3-t4 time interval - growth ( In) GaN barrier layer, time interval t4-t5 - growth interruption.
Obr. 2 (b) Sekvence vpouštění organokovových prekurzorů do reaktoru a schéma průběhu teploty během růstu struktury podle příkladu 2, kdy je část bariéry tvořena čistým GaN. Technologický postup se skládá z následujících kroků: časový interval tl -t2 - růst InGaN kvantové jámy, časový interval t2-t3 - růst (In)GaN krycí vrstvy, časový interval t3-t4 - růst GaN bariérové vrstvy, časový interval t4-t5 - přerušení růstu.Giant. (B) Sequence of the introduction of organometallic precursors into the reactor and the temperature profile during the growth of the structure according to example 2, wherein part of the barrier consists of pure GaN. The technological procedure consists of the following steps: time interval t1-t2 - growth of InGaN quantum well, time interval t2-t3 - growth (In) of GaN coating, time interval t3-t4 - growth of GaN barrier layer, time interval t4-t5 - interruption of growth.
Obr. 2 (c) Sekvence vpouštění organokovových prekurzorů do reaktoru a schéma průběhu teploty během růstu struktury podle příkladu 3, kdy je celá bariéra tvořena čistým GaN. Technologický postup se skládá z následujících kroků: časový interval tl -t2 - růst InGaN kvantové jámy, časovýGiant. 2 (c) Sequence of the introduction of organometallic precursors into the reactor and a diagram of the temperature course during the growth of the structure according to Example 3, wherein the whole barrier is formed by pure GaN. The technological procedure consists of the following steps: time interval tl -t2 - growth of InGaN quantum well, time interval
-3 CZ 308024 B6 interval t2-t3 - růst GaN krycí vrstvy, časový interval t3-t4 - růst GaN bariérové vrstvy, časový interval t4-t5 - přerušení růstu.Interval t2-t3 - growth of GaN barrier layer, time interval t3-t4 - growth of GaN barrier layer, time interval t4-t5 - growth interruption.
Obr. 2 (d) Sekvence vpouštění organokovových prekurzorů do reaktoru a schéma průběhu teploty během růstu struktury podle příkladu 4, kdy je část bariéry tvořena InAlN. Technologický postup se skládá z následujících kroků: časový interval tl-t2 - růst InGaN kvantové jámy, časový interval t2-t3 - růst (In)GaN krycí vrstvy, časový interval t3-t4 - růst InAlN bariérové vrstvy, časový interval t4-t5 - přerušení růstu.Giant. 2 (d) Sequence of the introduction of organometallic precursors into the reactor and a diagram of the temperature course during the growth of the structure of Example 4, wherein part of the barrier is formed by InAlN. The technological procedure consists of the following steps: time interval t1-t2 - growth of InGaN quantum well, time interval t2-t3 - growth (In) of GaN coating, time interval t3-t4 - growth of InAlN barrier layer, time interval t4-t5 - interruption of growth.
Obr. 3. Srovnání složení struktury podle tohoto vynálezu (viz obr. 2(a)) se s klasickou technologií s přerušením růstu během teplotní rampy (viz obr. 1 (b)). Ve spodní části obrázku je znázorněn průběh změřené koncentrace In ve strukturách, v horní části obrázku průběh změřené koncentrace Ga. Zvýšení koncentrace InN složky v kvantové jámě dosažené způsobem přípravy podle tohoto vynálezu je čtyřnásobné ve srovnání s klasickou technologií přípravy. Koncentrace jednotlivých typů atomů byla změřena metodou hmotnostní spektroskopie sekundárně odprášených iontů s vysokým hloubkovým rozlišením. Hloubkového profilu bylo dosaženo postupným pomalým iontovým odprašováním heterostruktury. Na obr. 3 je znázorněna, vždy v molámích procentech, koncentrace Ga podle dosavadního stavu techniky tečkovanou čarou a koncentrace Ga podle vynálezu čárkovanou čarou, a koncentrace In podle dosavadního stavu techniky čerchovanou čarou a koncentrace In podle vynálezu plnou čarou.Giant. 3. Comparison of the composition of the structure according to the invention (see Fig. 2 (a)) with the classical technology of growth interruption during the temperature ramp (see Fig. 1 (b)). The lower part of the figure shows the course of the measured concentration of In in the structures, the upper part of the figure shows the course of the measured concentration of Ga. The increase in the concentration of the InN component in the quantum well obtained by the preparation method of the present invention is four times that of conventional preparation technology. Concentration of individual types of atoms was measured by the method of mass spectroscopy of secondary dedusted ions with high depth resolution. The depth profile was achieved by gradual slow ion dedusting of the heterostructure. FIG. 3 shows, in molar percent, the Ga concentration of the prior art with a dotted line and the Ga concentration of the invention with a dashed line, and the In concentration of the prior art with a dashed line and the In concentration of the invention with a solid line.
Obr. 4. Porovnání fotoluminiscenční spekter struktur s deseti InGaN vrstvami kvantových jam připravených podle tohoto vynálezu (podle příkladů 1-3, viz schéma na obr. 2(a)-(c)) a struktury připravené klasickou metodou podle stavu techniky s přerušením růstu po depozici InGaN kvantové jámy a tenké GaN vrstvy deponované při stejné teplotě jako InGaN kvantová jáma (viz schéma na obr.Giant. 4. Comparison of photoluminescence spectra of structures with ten InGaN layers of quantum wells prepared according to the invention (according to Examples 1-3, see scheme in Fig. 2 (a) - (c)) and structures prepared by the classical prior art method with growth interruption after deposition InGaN quantum wells and thin GaN layers deposited at the same temperature as the InGaN quantum well (see diagram in Fig.
l(b)). Pro struktury připravené podle tohoto vynálezu byla prodloužena vlnová délka emitovaného světla a zároveň zvýšena intenzita luminiscence.1 (b)). For the structures prepared according to the present invention, the wavelength of the emitted light has been extended, while the intensity of the luminescence has been increased.
Obr. 5. Obrázek přechodu InGaN/GaN heterostruktury připravené podle příkladu 1 pořízený s atomárním rozlišením metodou transmisní elektronové mikroskopie. InGaN kvantové jámy jsou zobrazeny jako oblasti s tmavším kontrastem. Z obrázku je patrné postupné snižování koncentrace In u horního rozhraní kvantových jam způsobený zvyšováním teploty epitaxe během růstu krycí vrstvy. Na obrázku je vyznačeno měřítko.Giant. 5. Transmission electron microscopy image of the InGaN / GaN heterostructure prepared according to Example 1 taken by atomic resolution. InGaN quantum wells are depicted as regions with darker contrast. The figure shows a gradual decrease in the In concentration at the upper boundary of the quantum wells caused by the increase in epitaxy temperature during the growth of the coating. The scale is shown in the figure.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Příklad 1 - Fotoluminiscenční struktura s InGaN bariérovými vrstvami a (In)GaN krycími vrstvami mezi deseti InGaN kvantovými jamami s gradovaným složenímExample 1 - Photoluminescence structure with InGaN barrier layers and (In) GaN coating layers between ten graded composition InGaN quantum wells
Vícevrstvá polovodičová struktura s deseti InGaN kvantovými jamami byla připravena standardně používanou metodou nízkotlaké plynné epitaxe z organokovových sloučenin (LP MOVPE). Každá dvojice InGaN kvantových jam a bariér byla připravena následujícím technologickým postupem podle obr. 2(a): Růst probíhal za sníženého tlaku, tlak v reaktoru byl 400 mbar po dobu růstu obou vrstev. Před růstem InGaN kvantové jámy byl přerušen růst a snížena teplota na 750 °C. Jednotlivé InGaN kvantové jámy byly připraveny v intervalu časů tlt2 (v příkladném provedení byla doba od tl do t2 97 s) s gradovaným složením postupným snižováním epitaxní teploty během růstu InGaN na počátku až k teplotě 730 °C (25 s), následovala epitaxe při konstantní teplotě (42 s), a posléze byla opět zvyšována epitaxní teplota na konci růstu kvantových jam k teplotě 770 °C (30 s). Po růstu InGaN vrstvy byl skokově zvýšen molámí zlomek TEGa z 1,3-10-6 (používaný pro růst InGaN kvantové jámy) na 1,9-10-5 (pro růst bariérové vrstvy), průtok TMIn prekurzoru zůstal zachován (molámí zlomek 1,8-10-5). Bez přerušení růstu byla v intervalu časů t2-t3 (70 s) zvyšována teplota epitaxe z hodnoty 770 °CA multilayer semiconductor structure with ten InGaN quantum wells was prepared using the standard method of low pressure gaseous epitaxy of organometallic compounds (LP MOVPE). Each pair of InGaN quantum wells and barriers was prepared by the following technological process of Fig. 2 (a): Growth was performed under reduced pressure, the reactor pressure was 400 mbar during the growth of both layers. Before growth of the InGaN quantum well, growth was discontinued and the temperature lowered to 750 ° C. Individual InGaN quantum wells were prepared at tlt2 time intervals (t1 to t2 time in the exemplary embodiment) with gradual composition by gradually decreasing the epitaxial temperature during InGaN growth initially to 730 ° C (25 s), followed by epitaxy at constant temperature (42 s), and then the epitaxial temperature was again increased at the end of quantum well growth to 770 ° C (30 s). After the growth of the InGaN layer, the molar fraction of TEGa was stepped up from 1.3-10 -6 (used for InGaN quantum well growth) to 1.9-10 -5 (for barrier layer growth), the TMIn precursor flow rate was maintained (molar fraction 1). 8-10 -5 ). Without interruption of growth, the epitaxial temperature was increased from 770 ° C over time t2-t3 (70 s).
-4CZ 308024 B6 na 820 °C. Také při růstu bariér v intervalu časů t3-t4 (170 s) po dosažení teploty 820 °C byl zachován průtok TMIn do reaktoru. Po dokončení růstu bariérové vrstvy byl růst přerušen v intervalu časů t4-t5 (270 s) kvůli snížení teploty a stabilizaci podmínek pro růst následující kvantové jámy. Profil teploty i schéma vpouštění prekurzorů do reaktoru je znázorněn na obr. 2(a). Takto připravená heterostruktura měla 12 % molámích InN složky v InGaN kvantové jámě tloušťku kvantové jámy 3,5 nm a bariérové vrstvy obsahovaly 4 % molámí InN složky. Krycí vrstva mezi InGaN kvantovou jámou a bariérovou vrstvou měla gradované složení. Krycí a bariérová vrstva měly sumární tloušťku 8 nm. Obrázek řezu strukturou podle tohoto příkladu s atomovým rozlišením pořízený metodou transmisní elektronové mikroskopie je na obr. 5, ze kterého je zřetelně vidět gradované složení krycí vrstvy u horního rozhraní kvantových jam. Fotoluminiscence struktury podle tohoto vynálezu je ukázána na obr. 4.-4E 308024 B6 at 820 ° C. Also, with the growth of the barriers over time t3-t4 (170 s) after reaching a temperature of 820 ° C, the flow rate of TMIn into the reactor was maintained. Upon completion of growth of the barrier layer, growth was discontinued at a time interval of t4-t5 (270 s) to reduce the temperature and stabilize the conditions for growth of the following quantum well. The temperature profile as well as the scheme of precursor feed into the reactor is shown in Figure 2 (a). The heterostructure thus prepared had a 12% mole InN component in the InGaN quantum well of a quantum well thickness of 3.5 nm and the barrier layers contained 4% mole InN components. The cover layer between the InGaN quantum well and the barrier layer had a graded composition. The cover and barrier layers had a total thickness of 8 nm. A cross-sectional picture of the structure of this example with atomic resolution taken by transmission electron microscopy is shown in Fig. 5, from which the gradual coating composition at the upper boundary of quantum wells can be clearly seen. The photoluminescence of the structure of the present invention is shown in Figure 4.
Příklad 2 - Fotoluminiscenční struktura s GaN bariérovými vrstvami a (In)GaN krycími vrstvami mezi deseti InGaN kvantovými jamami s gradovaným složenímExample 2 - Photoluminescence structure with GaN barrier layers and (In) GaN coating layers between ten graded composition InGaN quantum wells
Vícevrstvá polovodičová struktura s deseti InGaN kvantovými jamami byla metodou nízkotlaké plynné epitaxe z organokovových sloučenin (LP MOVPE). Každá dvojice InGaN kvantových jam a bariér byla připravena následujícím technologickým postupem podle obr. 2(b): Růst probíhal za sníženého tlaku, tlak v reaktoru byl 400 mbar po dobu růstu obou vrstev. Před růstem InGaN kvantové jámy byl přerušen růst a snížena teplota na 750 °C. Jednotlivé InGaN kvantové jámy byly připraveny v intervalu časů tl-t2 (97 s) s gradovaným složením postupným snižováním epitaxní teploty během růstu InGaN na počátku až k teplotě 730 °C (25 s), následovala epitaxe při konstantní teplotě (42 s), a posléze byla opět zvyšována epitaxní teplota na konci růstu kvantových jam k teplotě 770 °C (30 s). Po růstu InGaN vrstvy byl skokově zvýšen molámí zlomek TEGa z 1,3-10-6 (používaný pro růst InGaN kvantové jámy) na 1,9-10-5 (pro růst bariérové vrstvy), průtok TMIn prekurzoru zůstal zachován (molámí zlomek 1,8-10-5). Bez přerušení růstu byla v intervalu časů t2-t3 (70 s) zvyšována teplota epitaxe z hodnoty 770 °C na 820 °C. Po dosažení teploty 820 °C byl zastaven průtok TMIn do reaktoru a bariérová vrstva byla připravena v intervalu časů t3-t4 (170 s) z čistého GaN. Po dokončení růstu bariérové vrstvy byl růst přerušen v intervalu časů t4-t5 (270 s) kvůli snížení teploty pro růst následující kvantové jámy. Profil teploty i průtok prekurzorů je znázorněn na obr. 2(b). Takto připravená heterostruktura měla 12 % molámích InN složky v InGaN kvantové jámě tloušťku kvantové jámy 3,5 nm a GaN bariérovou vrstvu. Krycí vrstva mezi InGaN kvantovou jámou a bariérovou vrstvou měla gradované složení. Fotoluminiscence struktury podle tohoto vynálezu je ukázána na obr. 4.The multilayer semiconductor structure with ten InGaN quantum wells was a low pressure gaseous epitaxy method from organometallic compounds (LP MOVPE). Each pair of InGaN quantum wells and barriers was prepared by the following technological process of Fig. 2 (b): Growth was carried out under reduced pressure, the reactor pressure was 400 mbar during the growth of both layers. Before growth of the InGaN quantum well, growth was discontinued and the temperature lowered to 750 ° C. Individual InGaN quantum wells were prepared at t1-t2 time intervals (97 s) with gradual composition by gradually decreasing the epitaxial temperature during InGaN growth initially to 730 ° C (25 s), followed by constant temperature epitaxy (42 s), and the epitaxial temperature was then increased again at the end of the growth of the quantum wells to 770 ° C (30 s). After the growth of the InGaN layer, the mole fraction of TEGa was stepped up from 1.3-10-6 (used to grow the InGaN quantum well) to 1.9-10-5 (for barrier layer growth), the TMIn precursor flow rate was maintained (mole fraction 1). , 8-10-5). Without interruption of growth, the epitaxial temperature was increased from 770 ° C to 820 ° C over time t2-t3 (70 s). After reaching a temperature of 820 ° C, the flow of TMIn into the reactor was stopped and the barrier layer was prepared at times t3-t4 (170 s) from pure GaN. Upon completion of growth of the barrier layer, growth was discontinued at a time interval of t4-t5 (270 s) to reduce the temperature for growth of the following quantum well. The temperature profile and the flow rate of the precursors are shown in Figure 2 (b). The heterostructure thus prepared had a 12% molar InN component in the InGaN quantum well of a quantum well thickness of 3.5 nm and a GaN barrier layer. The cover layer between the InGaN quantum well and the barrier layer had a graded composition. The photoluminescence of the structure of the present invention is shown in Figure 4.
Příklad 3 - Fotoluminiscenční struktura s GaN bariérovými vrstvami i GaN krycími vrstvami mezi deseti InGaN kvantovými jamami s gradovaným složenímExample 3 - Photoluminescence structure with GaN barrier layers and GaN coating layers between ten InGaN graded composition quantum wells
Vícevrstvá polovodičová struktura s deseti InGaN kvantovými jamami byla připravena metodou nízkotlaké plynné epitaxe z organokovových sloučenin (LP MOVPE). Každá dvojice InGaN kvantových jam a bariér byla připravena následujícím technologickým postupem, viz obr. 2(c): Růst probíhal za sníženého tlaku, tlak v reaktoru byl 400 mbar po dobu růstu obou vrstev. Před růstem InGaN kvantové jámy byl přerušen růst a snížena teplota na 750 °C. Jednotlivé InGaN kvantové jámy byly připraveny v intervalu časů tl-t2 (97 s) s gradovaným složením postupným snižováním epitaxní teploty během růstu InGaN kvantové jámy na počátku až k teplotě 730 °C (25 s), následovala epitaxe při konstantní teplotě (42 s), a posléze byla opět zvyšována epitaxní teplota na konci růstu kvantových jam k teplotě 770 °C (30 s). Po růstu InGaN vrstvy byl skokově zvýšen molámí zlomek TEGa z 1,3-10-6 (používaný pro růst InGaN kvantové jámy) na 1,9-10-5 (pro růst bariérové vrstvy), průtok TMIn prekurzoru byl v tomto případě přerušen. Bez přerušení růstu byla v intervalu časů t2-t3 (70 s) zvyšována teplota epitaxe z hodnoty 770 na 820 °C. Po dosažení teploty 820 °C dále bez přerušení pokračovala v intervalu časů t3-t4 (170 s) epitaxe GaN bariérové vrstvy. Po dokončení růstu bariérové vrstvy byl růst přerušen v intervalu časů t4-t5 (270 s) kvůli snížení teploty a stabilizaci podmínek pro růst následující kvantové jámy. Profil teploty i průtok prekurzorů je znázorněn na obr. 2(c). Takto připravená heterostrukturaA multilayer semiconductor structure with ten InGaN quantum wells was prepared by low pressure gaseous epitaxy from organometallic compounds (LP MOVPE). Each pair of InGaN quantum wells and barriers was prepared by the following technological procedure, see Fig. 2 (c): Growth was carried out under reduced pressure, the reactor pressure was 400 mbar during the growth of both layers. Before growth of the InGaN quantum well, growth was discontinued and the temperature lowered to 750 ° C. Individual InGaN quantum wells were prepared at t1-t2 time intervals (97 s) with gradual composition by gradually decreasing the epitaxial temperature during InGaN quantum well growth initially up to 730 ° C (25 s), followed by constant temperature epitaxy (42 s) , and then the epitaxial temperature was increased again at the end of quantum well growth to 770 ° C (30 sec). After the growth of the InGaN layer, the molar fraction of TEGa was stepped up from 1.3-10 -6 (used for InGaN quantum well growth) to 1.9-10 -5 (for barrier layer growth), the TMIn precursor flow was interrupted in this case. Without interruption of growth, the epitaxial temperature was increased from 770 to 820 ° C over time t2-t3 (70 s). After reaching 820 ° C, the GaN barrier layer epitaxy continued without interruption over a t3-t4 (170 s) time interval. Upon completion of growth of the barrier layer, growth was discontinued at a time interval of t4-t5 (270 s) to reduce the temperature and stabilize the conditions for growth of the following quantum well. The temperature profile and the flow rate of the precursors are shown in Figure 2 (c). Heterostructure prepared in this way
-5 CZ 308024 B6 měla 12 % molámích InN složky v InGaN kvantové jámě tloušťku kvantové jámy 2,5 nm a GaN bariérovou vrstvu. Rozhraní mezi krycí vrstvou a InGaN kvantovou jámou mělo strmý gradient koncentrace In atomů. Sumární tloušťka krycí a bariérové vrstvy byla 7 nm. Foto luminiscence struktury podle tohoto vynálezu je ukázána na obr. 4.The 12% molar InN component in the InGaN quantum well had a quantum well thickness of 2.5 nm and a GaN barrier layer. The interface between the coating and the InGaN quantum well had a steep gradient of In atom concentration. The total thickness of the cover and barrier layers was 7 nm. The photo luminescence of the structure of the present invention is shown in Fig. 4.
Příklad 4 - Fotoluminiscenční struktura s AlInN bariérovými vrstvami a InGaN krycími vrstvami mezi deseti InGaN kvantovými jamami s konstantním složenímExample 4 - Photoluminescence structure with AlInN barrier layers and InGaN coatings between ten InGaN quantum wells with constant composition
Vícevrstvá polovodičová struktura s deseti InGaN kvantovými jamami byla připravena standardně používanou metodou nízkotlaké plynné epitaxe z organokovových sloučenin (LP MOVPE). Každá dvojice InGaN kvantových jam a bariér byla připravena následujícím technologickým postupem, viz obr. 2(d): Růst probíhal za sníženého tlaku, tlak v reaktoru byl 400 mbar po dobu růstu obou vrstev. Před růstem InGaN kvantové jámy byl přerušen růst a snížena teplota na 730 °C. Jednotlivé InGaN kvantové jámy byly připraveny v intervalu časů tlt2 (97 s) s konstantním složením při teplotě 730 °C. Po růstu InGaN vrstvy byl skokově zvýšen molámí zlomek TEGa z 1,3-10-6 (používaný pro růst InGaN kvantové jámy) na 1,9-10-5, průtok TMIn prekurzoru zůstal zachován (molámí zlomek 1,8 · 10-5). Bez přerušení růstu byla v intervalu časů t2-t3 (70 s) zvyšována teplota epitaxe z hodnoty 730 °C na 820 °C. Po dosažení teploty 820 °C byl zastaven průtok TMGa a vpuštěn TMA1 do reaktoru a bariérová vrstva byla připravena v intervalu časů t3-t4 (170 s) z AlInN. Po dokončení růstu bariérové vrstvy byl růst přerušen v intervalu časů t4-t5 (270 s) kvůli snížení teploty pro růst následující kvantové jámy. Profil teploty i průtok prekurzorů je znázorněn na obr. 2(d). Takto připravená heterostruktura měla 12 % molámích InN složky v InGaN kvantové jámě tloušťku kvantové jámy 3,5 nm a krycí vrstva byla tvořena InGaN se složením klesajícím ke 4 % molámím InN složky a měla tloušťku 1,5 nm. Bariérová vrstva byla tvořena AlInGaN s 15 % molámími InN a 30 % molámích GaN složky způsobené paměťovým efektem reaktoru, 65% molámími A1N složky. Tloušťka bariérové vrstvy byla 9 nm.A multilayer semiconductor structure with ten InGaN quantum wells was prepared using the standard method of low pressure gaseous epitaxy of organometallic compounds (LP MOVPE). Each pair of InGaN quantum wells and barriers was prepared by the following technological procedure, see Fig. 2 (d): Growth was performed under reduced pressure, the reactor pressure was 400 mbar during the growth of both layers. Before growth of the InGaN quantum well, growth was discontinued and the temperature was lowered to 730 ° C. Individual InGaN quantum wells were prepared at tlt2 time intervals (97 s) with a constant composition at 730 ° C. After the growth of the InGaN layer, the molar fraction of TEGa was stepped up from 1.3-10 -6 (used to grow the InGaN quantum well) to 1.9-10 -5 , the TMIn precursor flow rate maintained (molar fraction 1.8 · 10 -5 ). Without interruption of growth, the epitaxial temperature was increased from 730 ° C to 820 ° C over time t2-t3 (70 s). After reaching a temperature of 820 ° C, the flow of TMGα was stopped and TMA1 was admitted to the reactor and the barrier layer was prepared at t3-t4 (170 s) from AlInN. Upon completion of the barrier layer growth, growth was discontinued at t4-t5 (270 s) to reduce the temperature for growth of the next quantum well. The temperature profile and the flow rate of the precursors are shown in Figure 2 (d). The heterostructure thus prepared had a 12% mole InN component in the InGaN quantum well of a quantum well thickness of 3.5 nm and the top layer was formed of InGaN with a composition decreasing to 4% mole InN component and a thickness of 1.5 nm. The barrier layer consisted of AlInGaN with 15 mol% InN and 30 mol% GaN component due to the memory effect of the reactor, 65 mol% AlN component. The thickness of the barrier layer was 9 nm.
Příklad 5 - Fotoluminiscenční struktura s AlInN bariérovými vrstvami a InGaN krycími vrstvami mezi deseti InGaN kvantovými jamami se zvýšeným obsahem InNExample 5 - Photoluminescence structure with AlInN barrier layers and InGaN coatings between ten InGaN quantum wells with increased InN content
Vícevrstvá polovodičová struktura s deseti InGaN kvantovými jamami byla připravena standardně používanou metodou nízkotlaké plynné epitaxe z organokovových sloučenin (LP MOVPE). Každá dvojice InGaN kvantových jam a bariér byla připravena následujícím technologickým postupem, viz obr. 2(d) avšak s odlišnou růstovou teplotou kvantové j ámy: Růst probíhal za sníženého tlaku, tlak v reaktoru byl 400 mbar po dobu růstu obou vrstev. Před růstem InGaN kvantové jámy byl přerušen růst a snížena teplota na 680 °C. Jednotlivé InGaN kvantové jámy byly připraveny v intervalu časů tl-t2 (97 s) s konstantním složením při teplotě 680 °C. Po růstu InGaN vrstvy byl skokově zvýšen molámí zlomek TEGa z 1,3-10-6 (používaný pro růst InGaN kvantové jámy) na 1,9-10-5, průtok TMIn prekurzoru zůstal zachován (molámí zlomek 1,8-10-5). Bez přerušení růstu byla v intervalu časů t2-t3 (140 s) zvyšována teplota epitaxe z hodnoty 680 °C na 820 °C. Po dosažení teploty 820 °C byl zastaven průtok TMGa a vpuštěn TMA1 do reaktoru a bariérová vrstva byla připravena v intervalu časů t3-t4 (170 s) z AlInN. Po dokončení růstu bariérové vrstvy byl růst přerušen v intervalu časů t4-t5 (270 s) kvůli snížení teploty pro růst následující kvantové jámy. Profil teploty i průtok prekurzorů je znázorněn na obr. 2(d). Takto připravená heterostruktura měla 20 % molámích InN složky v InGaN kvantové jámě, tloušťku kvantové jámy 3,5 nm a krycí vrstva byla tvořena InGaN se složením klesajícím ke 4 % molámím InN složky a měla tloušťku 3 nm. Bariérová vrstva byla tvořena AlInGaN s 15 % molámími InN a 30 % molámími GaN složky způsobené paměťovým efektem reaktoru, 65 % molámími A1N složky. Tloušťka bariérové vrstvy byla 9 nm.A multilayer semiconductor structure with ten InGaN quantum wells was prepared using the standard method of low pressure gaseous epitaxy of organometallic compounds (LP MOVPE). Each pair of InGaN quantum wells and barriers was prepared by the following technological procedure, see Fig. 2 (d) but with different growth temperature of the quantum well: Growth was performed under reduced pressure, reactor pressure was 400 mbar for both layers growth. Before growth of the InGaN quantum well, growth was discontinued and the temperature lowered to 680 ° C. Individual InGaN quantum wells were prepared at t1-t2 time intervals (97 s) with constant composition at 680 ° C. After the growth of the InGaN layer, the molar fraction of TEGa was stepped up from 1.3-10 -6 (used to grow the InGaN quantum well) to 1.9-10 -5 , the TMIn precursor flow rate maintained (molar fraction 1.8-10 -5). ). Without interruption of growth, the epitaxial temperature was increased from 680 ° C to 820 ° C over time t2-t3 (140 s). After reaching a temperature of 820 ° C, the flow of TMGα was stopped and TMA1 was admitted to the reactor and the barrier layer was prepared at t3-t4 (170 s) from AlInN. Upon completion of the barrier layer growth, growth was discontinued at t4-t5 (270 s) to reduce the temperature for growth of the next quantum well. The temperature profile and the flow rate of the precursors are shown in Figure 2 (d). The heterostructure thus prepared had a 20 mole% InN component in the InGaN quantum well, a quantum well thickness of 3.5 nm, and a cover layer was formed of InGaN with a composition decreasing to 4 mole% InN component and a thickness of 3 nm. The barrier layer consisted of AlInGaN with 15 mol% InN and 30 mol% GaN component due to the memory effect of the reactor, 65 mol% A1N component. The thickness of the barrier layer was 9 nm.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vícevrstvá polovodičová struktura připravená podle vynalezeného technologického postupu je vhodná pro zabudování do emisních diod s vlnovou délkou ve viditelné oblasti spektra, doMultilayer semiconductor structure prepared according to the inventive technological process is suitable for incorporation into emission diodes with wavelength in the visible spectrum
-6CZ 308024 B6 solárních článků nebo tandemových solárních článků pro absorpci světla ve viditelné spektrální oblasti 400-700 nm, případně do scintilátorových struktur.-680308024 B6 solar cells or tandem solar cells for absorbing light in the visible spectral range 400-700 nm, or into scintillator structures.
PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-563A CZ308024B6 (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Method of producing an epitaxial structure with InGaN quantum wells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-563A CZ308024B6 (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Method of producing an epitaxial structure with InGaN quantum wells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2018563A3 CZ2018563A3 (en) | 2019-10-30 |
| CZ308024B6 true CZ308024B6 (en) | 2019-10-30 |
Family
ID=68295866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-563A CZ308024B6 (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Method of producing an epitaxial structure with InGaN quantum wells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ308024B6 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ202391A3 (en) * | 2023-03-06 | 2024-08-28 | Crytur, Spol. S.R.O. | A luminescent epitaxial structure with InGaN quantum wells and a method of its manufacture |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008056632A1 (en) * | 2006-11-07 | 2008-05-15 | Rohm Co., Ltd. | GaN SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT |
| US20090258452A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for forming quantum well structure and method for manufacturing semiconductor light emitting element |
| US20100150194A1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-06-17 | Opnext Japan, Inc. | Nitride semiconductor optical element and manufacturing method thereof |
| US20140145147A1 (en) * | 2011-09-05 | 2014-05-29 | Yasuyuki Kobayashi | Nitride semiconductor structure and method of fabricating same |
-
2018
- 2018-10-22 CZ CZ2018-563A patent/CZ308024B6/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008056632A1 (en) * | 2006-11-07 | 2008-05-15 | Rohm Co., Ltd. | GaN SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT |
| US20090258452A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for forming quantum well structure and method for manufacturing semiconductor light emitting element |
| US20100150194A1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-06-17 | Opnext Japan, Inc. | Nitride semiconductor optical element and manufacturing method thereof |
| US20140145147A1 (en) * | 2011-09-05 | 2014-05-29 | Yasuyuki Kobayashi | Nitride semiconductor structure and method of fabricating same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Jianping Liu, et al.: Realization of InGaN laser diodes above 500 nm by growth optimization of the InGaN/GaN active region, Applied Physics Express, Volume 7, Number 11, Published 17 October 2014, https://iopscience.iop.org/article/10.7567/APEX.7.111001 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2018563A3 (en) | 2019-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6645885B2 (en) | Forming indium nitride (InN) and indium gallium nitride (InGaN) quantum dots grown by metal-organic-vapor-phase-epitaxy (MOCVD) | |
| US7282744B2 (en) | III-nitride optoelectronic device structure with high Al AlGaN diffusion barrier | |
| US9577144B2 (en) | Ultraviolet light-emitting device | |
| KR20090029685A (en) | Gallium nitride based semiconductor heterostructure growth method | |
| Young et al. | Calcium impurity as a source of non-radiative recombination in (In, Ga) N layers grown by molecular beam epitaxy | |
| JP4719689B2 (en) | Method for growing nitride semiconductor layer and nitride semiconductor light emitting device using the same | |
| Yang et al. | Deep-UV emission at 260 nm from MBE-grown AlGaN/AlN quantum-well structures | |
| Ben et al. | The direct evidence of the composition pulling effect and its role in InGaN multiple quantum wells | |
| KR101713426B1 (en) | Light emitting diode and method for fabricating thereof | |
| Dang et al. | Threading dislocation density effect on the electrical and optical properties of InGaN light-emitting diodes | |
| Zhou et al. | III-Nitride LEDs: From UV to Green | |
| US20070138489A1 (en) | Semiconductor light-emitting device and a method of fabricating the same | |
| CZ308024B6 (en) | Method of producing an epitaxial structure with InGaN quantum wells | |
| KR100881053B1 (en) | Nitride-based light emitting device | |
| Neugebauer et al. | Polarization engineering of c‐plane InGaN quantum wells by pulsed‐flow growth of AlInGaN barriers | |
| Suzuki et al. | Trench-Shaped Defects on AlGaInN Quantum Wells Grown under Different Growth Pressures | |
| KR20130142415A (en) | Gan-based semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| US9142622B2 (en) | Method of growing nitride semiconductor layer, nitride semiconductor device, and method of fabricating the same | |
| US20240304754A1 (en) | ELECTRON OVERFLOW OF AIGaN DEEP ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DIODES | |
| CZ310121B6 (en) | A luminescent epitaxial structure with InGaN quantum wells and a method of its manufacture | |
| US20160020359A1 (en) | Nitride semiconductor crystal and method of fabricating the same | |
| Tomiya et al. | Defects and degradation of nitride-based laser diodes | |
| Tsatsulnikov et al. | Stimulated formation of InGaN quantum dots | |
| Dadgar et al. | Nitride Semiconductors | |
| CN118676735A (en) | An electron blocking layer protection structure and a growth method thereof |