WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 10 Электролюминесцентные свойства светодиодов на основе p-Si, подвергнутых деформации ¶ © Н.А. Соболев, А.М. Емельянов, Е.И. Шек, О.В. Феклисова, Е.Б. Якимов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Институт проблем технологии микроэлектроники Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Россия (Получена 21 февраля 2005 г. Принята к печати 14 марта 2005 г.) Исследована электролюминесценция в светодиодах, деформированных методом четырехточечного изгиба при 700C, в диапазоне длин волн 1.0-1.65 мкм при токах до 400 мА. Светодиоды изготовлены имплантацией ионов B и P в пластины кремния p-типа проводимости, выращенного методами бестигельной зонной плавки (FZ-Si) и Чохральского (Cz -Si) с последующим отжигом при 700 и 1100C. Интенсивность дислокационной электролюминесценции выше в светодиодах на основе FZ-Si. Низкотемпературный постимплантационный отжиг способствует увеличению интенсивности дислокационной электролюминесценции по сравнению с высокотемпературным. Трансформация спектров излучения в зависимости от тока в светодиодах на основе FZ-Si хорошо описывается 8 гауссовыми линиями. Положения максимумов этих линий не зависят от тока и равны 1.22, 1.244, 1.26, 1.316, 1.38, 1.42, 1.52 и 1.544 мкм. Исследованы зависимости интегральной интенсивности и ширины линий от тока.

1. Введение в спектрах ЭЛ светодиодов, изготовленных имплантацией ионов бора и фосфора в выращенный методом Необходимость создания светодиодов на основе крем- бестигельной зонной плавки кремний n-типа проводиния обусловлена нуждами оптоэлектроники, и поэтому мости (n-FZ-Si) с ориентацией поверхности (100) и количество исследований в этом направлении возрас- деформированных методом четырехточечного изгиба.

тает [1]. Представляется перспективным создание све- Цель настоящей работы заключалась в исследовании тодиодов на основе монокристаллического кремния с влияния деформации на ЭЛ светодиодов, сформированэлектролюминесценцией (ЭЛ), обусловленной введени- ных в кремнии p-типа проводимости методом ионной ем дислокаций (так называемой дислокационной ЭЛ). До имплантации и последующего отжига.

недавнего времени квантовая эффективность ЭЛ в таких структурах составляла 10-3 % [2,3]. В 2004 г. появилось 2. Экспериментальные условия сообщение о получении светодиодов с внешней квантовой эффективностью дислокационной ЭЛ на уровне Для создания n+-p-переходов ионы фосфора с энер 0.1% [4]. Учитывая, что механизм ЭЛ еще не догией E = 75 кэВ и дозой = 1 · 1015 см-2 имплантистаточно хорошо понят, а также многообразие методов ровали в кремниевые пластины p-типа проводимости создания светодиодов с дислокационной ЭЛ (одноосное с ориентацией поверхности (100), выращенные метосжатие [2,4], деформация методом изгиба [5], лазерная дом Чохральского (Cz -Si), с удельным сопротивлением перекристаллизация [3], имплантация редкоземельных = 15 Ом · см (образцы #5), и FZ-Si с = 100 Ом · см ионов и высокотемпературный отжиг в условиях пе(образцы #10). Толщины пластин были 400 и 310 мкм ресыщения кремния собственными точечными дефектасоответственно. Для получения омического контакта ми [6,7]), можно ожидать и дальнейшего увеличения ионы бора с E = 40 кэВ и = 1 · 1015 см-2 импланэффективности. Подавляющее количество публикаций тировались в обратную сторону пластин. Изохронные посвящено исследованию дислокационной фотолюми(20 мин) постимплантационные отжиги проводились в несценции (ФЛ), что существенно ограничивает объем атмосфере аргона при температурах 700 и 1100C.

получаемой информации, в частности, ограничивает возОбразцы, отожженные при меньшей температуре 700C можности исследования влияния уровня возбуждения (#5-700 и #10-700) содержали протяженные структурна трансформацию спектров люминесценции. Авторы ные дефекты (дефекты {311}, так называемые rodработы [5], для того чтобы выявить спектр связанных с like defects, петли Франка и совершенные призматидеформацией методом изгиба линий ФЛ, использовали ческие дислокационные петли), а в отожженных при различные исходные образцы (различные ориентация более высокой температуре 1100C образцах (#5-пластин, тип легирующей примеси и концентрация киси #10-1100) протяженные структурные дефекты отсутлорода), варьировали условия деформации и последуствовали [9]. Чтобы ввести дислокации, прямоугольные ющих отжигов. В нашей предшествующей работе [8] образцы размером 4 15 мм2 деформировались метопрактически идентичные линии были идентифицированы дом четырехточечного изгиба в установке с сапфировым ¶ E-mail: nick@sobolev.ioffe.rssi.ru держателем образца при температуре 700C в течение 1272 Н.А. Соболев, А.М. Емельянов, Е.И. Шек, О.В. Феклисова, Е.Б. Якимов 30 мин при нагрузке 3.5 кг / мм2. Поверхность с n+-pпереходом была стороной растяжения. Плотность дислокаций после деформации достигала значений 106 см-2.

Светодиоды с мезаподобным краевым контуром были изготовлены по обычной технологии с использованием напыления алюминия на обе поверхности образцов.

Диаметр n+-p-переходов равнялся 0.8 мм.

Электролюминесценция исследовалась в области максимальной деформации во всех образцах при 80 K и амплитуде импульсов прямого тока до 400 мА. Длительность импульсов изменялась в диапазоне 1-5мс, а частота следования составляла 33 Гц. Монохроматор МДР-23 с разрешением 7 нм, InGaAs-фотодиод и селективный нановольтметр использовались для измерения спектров ЭЛ в диапазоне длин волн 1.0-1.65 мкм. Все Рис. 1. Спектры ЭЛ в образцах #10-700 (1), #10-1100 (2), спектральные характеристики, приведенные в статье, #5-1100 (3) и #5-700 (4), измеренные при токе 200 мА.

откорректированы на спектральные отклики фотодиода и всего оптического тракта.

3. Результаты и обсуждение На рис. 1 представлены спектры всех исследованных образцов при токе 200 мА. Во всех образцах наблюдается дислокационная ЭЛ в диапазоне длин волн 1.2-1.6 мкм. Интенсивность дислокационной ЭЛ выше в светодиодах на основе FZ-Si, чем в светодиодах на основе Cz -Si, приготовленных в тех же экспериментальных условиях. Аналогичный результат наблюдался для интенсивности дислокационной ФЛ в деформированных пластинах FZ-Si и Cz -Si p-типа проводимости в [10] и интенсивности дислокационной ЭЛ в деформированных светодиодах на основе FZ-Si и Cz -Si n-типа проводимости [8]. Интенсивность дислокационной ЭЛ выше в свеРис. 2. Спектры ЭЛ светодиода #10-700, измеренные при тодиодах, прошедших постимплантационный отжиг при токах 10 (1), 40 (2), 80 (3), 200 (4) и 400 (5) мА.

более низких температурах и содержащих протяженные структурные дефекты (#5-700 и #10-700) по сравнению со светодиодами, отожженными при более высокой температуре и не содержащими протяженные структурные дефекты (#5-1100 и #10-1100). Аналогичное влияние температуры постимплантационного отжига на интенсивность дислокационной ЭЛ наблюдалось для светодиодов на основе FZ-Si и Cz -Si n-типа проводимости [8].

Спектры ЭЛ для образца #10-700, измеренные при различных уровнях возбуждающего тока, представлены на рис. 2. Хорошо известные дислокационные люминесцентные линии D1, D2, D3 и D4 (их позиции показаны вертикальными пунктирными линиями) доминируют при низких токах. Пики краевой люминесценции наблюдаются при токах 40 мА. Несимметричное уширение линий D1 и D2 наблюдается с увеличением тока. Аналогичная трансформация спектров дислокационной ФЛ обычно связывается с появлением дополнительных люминес- Рис. 3. Разложение спектра ЭЛ образца #10-700, измеренного центных линий [5]. Трансформация спектров ЭЛ в за- при токе 400 мА. Сплошная линия — экспериментальная кривая, пунктирные кривые — гауссианы, положение максивисимости от тока хорошо описывается при разложении мумов которых указано в тексте, штриховая — суммарная спектра на 8 гауссовых кривых, длины волн максимумов аппроксимирующая кривая.

которых получены в [8] и равны 1.22, 1.244, 1.26, 1.316, Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Электролюминесцентные свойства светодиодов на основе p-Si, подвергнутых деформации максимумов которых не зависят от тока и совпадают с приведенными выше для светодиода #10-700. Важно отметить, что, за исключением линий 1.22 и 1.26 мкм, все другие указанные линии наблюдались в спектрах ФЛ деформируемых образцов в работе [5]. Положения максимумов пиков совпадали в пределах экспериментальной погрешности, несмотря на существенные отличия в технологии приготовления образцов, условиях возбуждения люминесценции и температуры измерения ФЛ.

Для получения полного набора люминесцентных линий авторам [5] пришлось приготовить несколько образцов в различных экспериментальных условиях, тогда как в каждом нашем светодиоде на основе FZ-Si наблюдаются все линии.

Полученные данные по токовым зависимостям интегральной интенсивности и ширины линий в исследуемых в настоящей работе светодиодах #10 на основе p-FZ-Si можно сравнить с исследованным нами Рис. 4. Зависимость от тока интегральной интенсивности ЭЛ в [8] n-FZ-Si-светодиодом. В нем доминировала линия для гауссовых линий 1.22 (1), 1.244 (2), 1.26 (3), 1.316 (4), 1.1.38 мкм с FWHM (40-90) нм, второй по интенсив(5), 1.42 (6), 1.52 (7) и 1.544 (8) мкм. Образец #10-700.

ности была линия 1.52 мкм с FWHM (65-85) нм. Отметим еще две линии: 1.42 мкм с FWHM (30-50) нм и 1.542 мкм с FWHW 20 нм. В светодиоде #10-на основе p-FZ-Si также доминирует линия 1.38 мкм с практически тем же значением ширины (см. рис. и 5). Однако при больших токах второй по интенсивности уже является линия 1.42 мкм с существенно увеличенной шириной (FWHM 365 нм). Значения ширины линий 1.52 и 1.544 мкм практически совпадают в светодиодах на основе как n-, так и p-FZ-Si. В светодиоде #10-1100 на основе p-FZ-Si также доминирует линия 1.38 мкм с практически тем же значением ширины (соответствующие рисунки для этого образца не приводятся).

Второй по интенсивности при больших токах является линия 1.544 мкм, но с существенно большим значением ширины (FWHM 118 нм). Две упомянутые линии 1.и 1.42 мкм характеризуются практически неизмененными по сравнению с n-FZ-Si-светодиодом значениями Рис. 5. Зависимость от тока ширины гауссовых линий 1.22 (1), ширины. Обнаруженный эффект увеличения ширины 1.244 (2), 1.26 (3), 1.316 (4), 1.38 (5), 1.52 (6), 1.544 (7) и линий 1.42 и 1.544 мкм, по-видимому, обусловлен раз1.42 (8) мкм. Образец #10-700.

личиями в спектрах структурных дефектов и электрически активных центров, образовавшихся в светодиодах в результате взаимодействия ростовых, имплантацион1.38, 1.42, 1.52 и 1.544 мкм. Пример такого разложения ных и деформационных дефектов и примесных атомов, спектра дислокационной ЭЛ для образца #10-700 при содержащихся в исходном кремнии и проникающих в токе 400 мАпоказан на рис. 3. На рис. 4 и 5 приведены него в процессе термообработок. Существенное влияние зависимости от тока интегральной интенсивности ЭЛ также может оказывать изменение зарядового состояния (A) и ширины (FWHM) для каждой линии в светодиоде имеющихся центров. В спектрах ЭЛ светодиодов на #10-700. Интегральная интенсивность рассчитывалась основе p-Cz -Si, отожженных при обеих использованных как произведение интенсивности в максимуме кривой на температурах и подвергнутых деформации, доминируют ширину.

пики D3 и D4 на фоне широкой полосы ЭЛ (см. рис. 1), Аналогичные закономерности наблюдаются для све- результаты разложения которой на пики неоднозначны.

тодиода на основе p-FZ-Si, отожженного при более Образование широкой полосы, по-видимому, связано с высокой температуре (#10-1100): с ростом тока про- атомами кислорода, присутствующими в Cz -Si в высоисходит несимметричное уширение линий D1 и D2, кой концентрации. Ранее эффект появления уширенных а трансформацию спектров ЭЛ в зависимости от то- дислокационных линий в Cz -Si с высокой концентрацией ка можно описать 8 гауссовыми кривыми, положения кислорода наблюдался в спектрах ФЛ в [5,10].

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1274 Н.А. Соболев, А.М. Емельянов, Е.И. Шек, О.В. Феклисова, Е.Б. Якимов 4. Заключение Electroluminescence properties of deformed light-emitting diodes Исследованы спектры дислокационной ЭЛ в светодиbased on p-Si одах, изготовленных методом ионной имплантации из N.A. Sobolev, A.M. Emel’yanov, E.I. Shek, FZ-Si и Cz -Si p-типа проводимости и деформированных методом четырехточечного изгиба. Выявлено влияние O.V. Feklisova, E.B. Yakimov на интенсивность дислокационной ЭЛ способа выраIoffe Physicotechnical Institute, щивания кремния, температуры постимплантационного Russian Academy of Sciences, отжига и тока через светодиод. Для светодиодов на 194021 St. Petersburg, Russia основе FZ-Si при низких токах доминируют связанные The Institute of Microelectronics Technology с образованием дислокаций хорошо известные линии and High Purity Materials, D1-D4. При увеличении тока происходит уширение Russian Academy of Sciences, линий D1 и D2.

142432 Chernogolovka, Russia Изменение спектров ЭЛ в зависимости от тока хорошо описывается 8 гауссовыми линиями, положение

Abstract

Electroluminescence in the wavelength range of которых не зависит от тока. Исследованы зависимости 1.0-1.65 µm at currents up to 400 mA has been studied in интегральной интенсивности ЭЛ и ширины линий от light-emitting diodes after a four-point bending at 700C. Lightтока.

emitting diodes were fabricated by the implantation of B and Работа частично поддержана INTAS (грант P ions into Si substrates of the p-type conductivity, grown by № 01-0194), РФФИ (грант № 04-02-16935) и the float–zone (FZ-Si) and Czochralski (Cz -Si) techniques with программой ОФН РАН „Новые материалы и структуры“.

subsequent annealing in argon at 700 and 1100C. An intensity of dislocation-related electroluminescence is higher in FZ-Si samples as compared to Cz -Si ones. A low temperature postimplantation Список литературы annealing shows an increase in a dislocation-related electroluminescence intensity as compared to that after a high temperature [1] L. Pavesi. J. Phys.: Condens. Matter, 15, R1169 (2003).

annealing. The transformation of electroluminescence spectra as a [2] V.V. Kveder, E.A. Steinman, S.A. Shevchenko, H.G. Grimmeiss. Phys. Rev. B, 51, 10 520 (1995). function of the current is satisfactorily described by the 8 Gaussian [3] E.O. Sveinbjornsson, J. Weber. Appl. Phys. Lett., 69, 2686 lines in the light-emitting diodes based on FZ-Si. Positions of the (1996).

line maxima are current independent and equal to 1.22, 1.244, 1.26, [4] V. Kveder, V. Badylevich, E. Steinman, A. Izotov, M. Zeibt, 1.316, 1.38, 1.42, 1.52 and 1.544 µm. The current dependencies of W. Schreter. Appl. Phys. Lett., 84, 2106 (2004).

the electroluminescence line integrated intensity and the full width [5] S. Pizzini, E. Leonti, S. Binetti, M. Acciarri, A. Le Donne, at the half maximum of the lines have been studied.

B. Pichaud. Sol. St. Phenomena, 95 / 96, 273 (2004).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.