RU2553828C1 - Light-emitting diode and method of making same - Google Patents
Light-emitting diode and method of making same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553828C1 RU2553828C1 RU2014108696/28A RU2014108696A RU2553828C1 RU 2553828 C1 RU2553828 C1 RU 2553828C1 RU 2014108696/28 A RU2014108696/28 A RU 2014108696/28A RU 2014108696 A RU2014108696 A RU 2014108696A RU 2553828 C1 RU2553828 C1 RU 2553828C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- light
- substrate
- layers
- emitting structure
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 856
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 324
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 83
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 78
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 50
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 48
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 44
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 14
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 204
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 40
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 26
- 238000013461 design Methods 0.000 description 18
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 16
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 14
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 9
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 5
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к полупроводниковым приборам и могут быть использованы при разработке и изготовлении светодиодов и различных устройств на их основе.The invention relates to semiconductor devices and can be used in the development and manufacture of LEDs and various devices based on them.
Известен светодиод (патент США №6794211 на изобретение, МПК: 7 H01L 33/00), содержащий подложку, светоизлучающую структуру и первый электрод, расположенные с рабочей стороны подложки, второй электрод, контактирующий с подложкой. Второй электрод, контактирующий с подложкой, выполнен на ее тыловой стороне. На подложке последовательно выполнены буферный слой, распределенный брэгговский отражатель, светоизлучающая структура в составе первого и второго слоев-обкладок (ограничивающий, обкладочный, cladding) с расположенным между ними активным слоем, промежуточный слой из аморфноподобного материала, оконный слой, на котором выполнен первый электрод - фронтальный электрод. Подложка изготовлена из GaAs n-типа проводимости, первый слой-обкладка из AlGaInP n-типа проводимости, второй слой-обкладка из AlGaInP p-типа проводимости, а расположенный между ними активный слой - из AlxGa1-xInP. Активный слой содержит множественные квантовые ямы. Оконный слой выполнен из GaP p-типа проводимости. Буферный слой сформирован из GaAs n-типа проводимости. Распределенный брэгговский отражатель изготовлен на основе слоев AlAs/GaAs. Промежуточный слой из аморфноподобного материала сформирован с возможностью предотвращения им влияния разницы постоянных кристаллических решеток материалов оконного слоя и второго слоя-обкладки. В частности, он сформирован из того же материала, что и оконный слой.Known LED (US patent No. 6794211 for invention, IPC: 7 H01L 33/00) containing a substrate, a light-emitting structure and a first electrode located on the working side of the substrate, a second electrode in contact with the substrate. The second electrode in contact with the substrate is made on its rear side. A buffer layer, a distributed Bragg reflector, a light-emitting structure as a part of the first and second cladding layers (bounding, cladding) with an active layer located between them, an intermediate layer of amorphous-like material, a window layer on which the first electrode is made, are successively made on the substrate: front electrode. The substrate is made of n-type GaAs GaAs, the first layer is made of n-type AlGaInP, the second layer is made of p-type AlGaInP, and the active layer between them is made of Al x Ga 1-x InP. The active layer contains multiple quantum wells. The window layer is made of p-type GaP. The buffer layer is formed from n-type GaAs. The distributed Bragg reflector is based on AlAs / GaAs layers. An intermediate layer of amorphous-like material is formed with the possibility of preventing it from influencing the difference in the constant crystal lattices of the materials of the window layer and the second coating layer. In particular, it is formed from the same material as the window layer.
В известном техническом решении невозможны повышение эффективности преобразования электрической энергии в световую и повышение эффективности теплоотвода, а также отсутствуют возможность снижения размеров светодиодов и возможность интеграции с другими оптоэлектронными приборами на одной подложке.In the known technical solution, it is impossible to increase the efficiency of converting electrical energy into light and increase the efficiency of heat removal, and there is no possibility of reducing the size of LEDs and the possibility of integration with other optoelectronic devices on the same substrate.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата, относится следующее.The reasons that impede the achievement of the specified technical result include the following.
Во-первых, недостаточная эффективность распределенных брэгговских отражателей, так как они отражают свет лишь определенной длины волны и только при его распространении вблизи нормали к плоскости отражателя. Наличие эффекта поглощения света в подложке.Firstly, the insufficient efficiency of distributed Bragg reflectors, since they reflect light only at a certain wavelength and only when it propagates near the normal to the plane of the reflector. The presence of light absorption in the substrate.
Во-вторых, отсутствие в конструкции средства для выполнения функции теплоотвода от активной области.Secondly, the lack of design means to perform the function of heat removal from the active region.
В-третьих, наличие в конструкции верхнего фронтального электрода, затеняющего излучающую область. Это особенно критично при изготовлении светодиодов малых размеров, до 10 мкм, поскольку размер подводящего контакта сравним с размером самого светодиода.Thirdly, the presence in the design of the upper frontal electrode, shading the emitting region. This is especially critical in the manufacture of small LEDs, up to 10 microns, since the size of the input contact is comparable to the size of the LED itself.
В-четвертых, сама используемая конструкция с последовательно выполненными слоями на подложке, нижним и верхним электродами, между которыми расположена подложка с последовательностью слоев. Это препятствует указанной интеграции.Fourthly, the construction itself is used with successively made layers on the substrate, lower and upper electrodes, between which there is a substrate with a sequence of layers. This impedes said integration.
За ближайший аналог к заявляемому устройству принят светодиод (патент США №7199390 на изобретение, МПК: 8 H01L 29/06), содержащий подложку, светоизлучающую структуру и первый электрод, расположенные с рабочей стороны подложки, второй электрод, контактирующий с подложкой. Второй электрод, контактирующий с подложкой, выполнен на ее тыловой стороне. На подложке последовательно выполнены светоизлучающая структура в составе первого и второго слоев-обкладок (ограничивающий, обкладочный, cladding) с расположенным между ними активным слоем, промежуточный слой, оконный слой, на котором выполнен первый электрод - фронтальный электрод. Подложка изготовлена из GaAs n-типа проводимости, первый слой-обкладка из AlGaInP n-типа проводимости, второй слой-обкладка из AlGaInP p-типа проводимости, а расположенный между ними активный слой - из AlxGa1-xInP. Активный слой выполнен с множественными квантовыми ямами. Промежуточный слой сформирован p-типа из GaInP. Оконный слой выполнен из GaP p-типа проводимости. Буферный слой сформирован из GaAs n-типа проводимости. Дополнительно в составе светодиода может быть выполнен распределенный брэгговский отражатель на основе слоев AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs с составами y, x, равными от 0 до 1, с x≠y.For the closest analogue to the claimed device adopted LED (US patent No. 7199390 for the invention, IPC: 8 H01L 29/06) containing a substrate, a light-emitting structure and a first electrode located on the working side of the substrate, the second electrode in contact with the substrate. The second electrode in contact with the substrate is made on its rear side. A light-emitting structure is sequentially made on the substrate as a part of the first and second layer-cladding (limiting, cladding, cladding) with an active layer located between them, an intermediate layer, a window layer on which the first electrode is made - the front electrode. The substrate is made of n-type GaAs GaAs, the first layer is made of n-type AlGaInP, the second layer is made of p-type AlGaInP, and the active layer between them is made of Al x Ga1-xInP. The active layer is made with multiple quantum wells. The intermediate layer is p-type from GaInP. The window layer is made of p-type GaP. The buffer layer is formed from n-type GaAs. Additionally, a distributed Bragg reflector based on Al x Ga 1-x As / Al y Ga 1-y As layers with compositions y, x equal to 0 to 1, with x ≠ y, can be made as part of the LED.
В техническом решении, взятом за ближайший аналог, невозможны повышение эффективности преобразования электрической энергии в световую и повышение эффективности теплоотвода, а также отсутствуют возможность снижения размеров светодиодов и возможность интеграции с другими оптоэлектронными приборами на одной подложке.In the technical solution, taken as the closest analogue, it is impossible to increase the efficiency of converting electrical energy into light and increase the efficiency of heat removal, as well as there is no possibility of reducing the size of LEDs and the possibility of integration with other optoelectronic devices on the same substrate.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата, относится следующее.The reasons that impede the achievement of the specified technical result include the following.
Во-первых, наличие эффекта поглощения света подложкой в случае отсутствия в конструкции распределенного брэгговского отражателя. В случае наличия последнего - недостаточная эффективность распределенных брэгговских отражателей, так как они отражают свет лишь определенной длины волны и только при его распространении вблизи нормали к плоскости отражателя. В результате эффект поглощения света в подложке присутствует и вносит негативный вклад в эффективность преобразования электрической энергии в световую.Firstly, the presence of light absorption by the substrate in the absence of a distributed Bragg reflector in the structure. In the case of the latter, the insufficient efficiency of the distributed Bragg reflectors, since they reflect light only a certain wavelength and only when it propagates near the normal to the plane of the reflector. As a result, the effect of light absorption in the substrate is present and makes a negative contribution to the efficiency of the conversion of electrical energy into light.
Во-вторых, отсутствие в конструкции средства для выполнения функции теплоотвода от активной области.Secondly, the lack of design means to perform the function of heat removal from the active region.
В-третьих, наличие в конструкции верхнего фронтального электрода, затеняющего излучающую область. Это особенно критично при изготовлении светодиодов малых размеров, до 10 мкм, поскольку размер подводящего контакта сравним с размером самого светодиода.Thirdly, the presence in the design of the upper frontal electrode, shading the emitting region. This is especially critical in the manufacture of small LEDs, up to 10 microns, since the size of the input contact is comparable to the size of the LED itself.
В-четвертых, сама используемая конструкция с последовательно выполненными слоями на подложке, нижним и верхним электродами, между которыми расположена подложка с последовательностью слоев. Это препятствует указанной интеграции.Fourthly, the construction itself is used with successively made layers on the substrate, lower and upper electrodes, between which there is a substrate with a sequence of layers. This impedes said integration.
Известен способ изготовления светодиода (патент США №6794211 на изобретение, МПК: 7 H01L 33/00), заключающийся в том, что осуществляют получение светоизлучающей структуры, первого электрода, расположенных с рабочей стороны подложки, формируют второй электрод, контактирующий с подложкой. На подложке последовательно формируют буферный слой, распределенный брэгговский отражатель, светоизлучающую структуру в составе первого и второго слоев-обкладок с расположенным между ними активным слоем, промежуточный слой из аморфноподобного материала, оконный слой, на котором изготавливают первый электрод - фронтальный электрод, а второй электрод, контактирующий с подложкой - с тыловой стороны подложки.A known method of manufacturing an LED (US patent No. 6794211 for invention, IPC: 7 H01L 33/00), which consists in the fact that they provide a light-emitting structure, the first electrode located on the working side of the substrate, form a second electrode in contact with the substrate. A buffer layer, a distributed Bragg reflector, a light-emitting structure in the composition of the first and second coating layers with an active layer located between them, an intermediate layer of an amorphous-like material, a window layer on which the first electrode is made — the front electrode, and the second electrode — are successively formed on the substrate. in contact with the substrate - from the rear side of the substrate.
В способе формируют распределенный брэгговский отражатель, первый и второй слои-обкладки с расположенным между ними активным слоем, промежуточный слой из аморфноподобного материала, оконный слой газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений.In the method, a distributed Bragg reflector is formed, first and second coating layers with an active layer located between them, an intermediate layer of amorphous-like material, a window layer by gas-phase epitaxy from organometallic compounds.
В качестве подложки используют подложку GaAs n-типа проводимости. Буферный слой выполняют из GaAs n-типа проводимости. На буферном слое формируют распределенный брэгговский отражатель, содержащий чередующиеся слои AlAs/GaAs. Далее последовательно выполняют первый слой-обкладку n-типа проводимости из AlGaInP, активный слой из AlxGa1-xInP, второй слой-обкладку из AlGaInP p-типа проводимости. Толщина подложки составляет от 250 до 350 мкм. Перечисленные слои осаждают газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений с возможностью прецизионного контроля потоков газа. Состав и толщину слоев контролируют с высокой точностью. Суммарная толщина первого слоя-обкладки, активного слоя и второго слоя-обкладки - от 0,5 до 1 мкм. Для получения n-типа проводимости осуществляют легирование кремнием, для p-типа проводимости - цинком или магнием. Активный слой формируют с множественными квантовыми ямами. Слои-обкладки и активный слой формируют при температуре от 800 до 830°C.As the substrate, an n-type GaAs substrate is used. The buffer layer is made of n-type GaAs. A distributed Bragg reflector containing alternating AlAs / GaAs layers is formed on the buffer layer. Next, the first layer-lining of n-type conductivity from AlGaInP, the active layer of Al x Ga 1-x InP, the second layer-lining of AlGaInP p-type conductivity are sequentially performed. The thickness of the substrate is from 250 to 350 microns. The listed layers are precipitated by gas-phase epitaxy from organometallic compounds with the possibility of precise control of gas flows. The composition and thickness of the layers is controlled with high accuracy. The total thickness of the first coating layer, the active layer and the second coating layer is from 0.5 to 1 μm. To obtain the n-type conductivity, silicon is doped, and for the p-type conductivity, zinc or magnesium. The active layer is formed with multiple quantum wells. The coating layers and the active layer are formed at a temperature of from 800 to 830 ° C.
Далее на втором слое-обкладке формируют промежуточный слой аморфнообразного материала с возможностью предотвращения им влияния разницы постоянных кристаллических решеток материалов оконного слоя и второго слоя-обкладки. На промежуточном слое аморфнообразного материала осаждают оконный слой. Эти слои также формируют газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений. Промежуточный слой осаждают при температуре от 400 до 700°C, что ниже по отношению к температуре осаждения других слоев. В процессе газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений инициируют резкое падение температуры роста, вызывающее уменьшение энергии активации атомов во время роста p-GaP, «замораживая» таким образом атомы, в результате осуществляют рост промежуточного слоя в аморфном состоянии. Промежуточный и оконный слои из GaP выращивают в едином процессе, при одних и тех же условиях, за исключением температуры роста.Next, an intermediate layer of amorphous material is formed on the second cladding layer with the possibility of preventing it from influencing the difference of the constant crystal lattices of the materials of the window layer and the second cladding layer. A window layer is deposited on an intermediate layer of amorphous material. These layers are also formed by gas-phase epitaxy from organometallic compounds. The intermediate layer is precipitated at a temperature of from 400 to 700 ° C, which is lower with respect to the deposition temperature of other layers. In the process of gas-phase epitaxy from organometallic compounds, a sharp drop in the growth temperature is initiated, which causes a decrease in the activation energy of atoms during the growth of p-GaP, thus “freezing” the atoms, as a result, the intermediate layer grows in an amorphous state. The intermediate and window layers of GaP are grown in a single process, under the same conditions, with the exception of the growth temperature.
Оконный слой предпочтительно выращивают более толстым. Толщина промежуточного слоя предпочтительна от 0,01 до 0, 5 мкм. Суммарная толщина оконного и промежуточного слоев - от 5 до 15 мкм.The window layer is preferably grown thicker. The thickness of the intermediate layer is preferably from 0.01 to 0.5 microns. The total thickness of the window and intermediate layers is from 5 to 15 microns.
При изготовлении известным способом светодиода невозможны повышение эффективности преобразования электрической энергии в световую и повышение эффективности теплоотвода, а также отсутствуют возможность снижения размеров светодиодов и возможность интеграции с другими оптоэлектронными приборами на одной подложке.When manufacturing a LED in a known manner, it is impossible to increase the efficiency of converting electrical energy into light and increase the efficiency of heat removal, and there is no possibility of reducing the size of the LEDs and the possibility of integration with other optoelectronic devices on the same substrate.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата, относится следующее.The reasons that impede the achievement of the specified technical result include the following.
Во-первых, недостаточная эффективность формируемого при изготовлении светодиода распределенного брэгговского отражателя, так как он отражает свет лишь определенной длины волны и только при его распространении вблизи нормали к плоскости отражателя. Наличие эффекта поглощения света в подложке.Firstly, the insufficient efficiency of the distributed Bragg reflector formed during the manufacturing of the LED, since it reflects light only at a certain wavelength and only when it propagates near the normal to the plane of the reflector. The presence of light absorption in the substrate.
Во-вторых, в способе не предусмотрено изготовление средства для выполнения функции теплоотвода от активной области.Secondly, the method does not provide for the manufacture of means for performing the function of heat removal from the active region.
В-третьих, выполнение при изготовлении светодиода верхнего фронтального электрода, затеняющего излучающую область. Это особенно критично при изготовлении светодиодов малых размеров, до 10 мкм, поскольку размер подводящего контакта сравним с размером самого светодиода.Thirdly, the implementation in the manufacture of the LEDs of the upper frontal electrode, shading the emitting region. This is especially critical in the manufacture of small LEDs, up to 10 microns, since the size of the input contact is comparable to the size of the LED itself.
В-четвертых, используемая конструкция при изготовлении светодиода с последовательно выполненными слоями на подложке, нижним и верхним электродами, между которыми расположена подложка с последовательностью слоев. Использование при изготовлении светодиода данной конструкции препятствует реализации указанной интеграции.Fourth, the design used in the manufacture of an LED with sequentially made layers on a substrate, lower and upper electrodes, between which there is a substrate with a sequence of layers. The use of this design in the manufacture of LEDs hinders the implementation of this integration.
В качестве ближайшего аналога к заявляемому способу принят способ изготовления светодиода (патент США №7683378 на изобретение, МПК: 8 H01L 33/00), заключающийся в том, что осуществляют получение светоизлучающей структуры, первого электрода, расположенных с рабочей стороны подложки, формируют второй электрод, контактирующий с подложкой. На подложке последовательно формируют распределенный брэгговский отражатель, первый и второй слои-обкладки с расположенным между ними активным слоем, токорассеивающий слой, на котором изготавливают первый электрод - фронтальный электрод, а второй электрод, контактирующий с подложкой, - с тыловой стороны подложки.As the closest analogue to the claimed method, a method for manufacturing an LED is adopted (US patent No. 7683378 for an invention, IPC: 8 H01L 33/00), which consists in obtaining a light-emitting structure, the first electrode located on the working side of the substrate, form a second electrode in contact with the substrate. A distributed Bragg reflector, the first and second coating layers with the active layer located between them, the current-scattering layer on which the first electrode is made — the front electrode, and the second electrode that contacts the substrate — are formed sequentially on the back side of the substrate.
В способе формируют распределенный брэгговский отражатель, первый и второй слои-обкладки с расположенным между ними активным слоем, токорассеивающий слой газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений.In the method, a distributed Bragg reflector is formed, the first and second coating layers with the active layer located between them, the current-scattering layer by gas-phase epitaxy from organometallic compounds.
В качестве подложки используют подложку GaAs n-типа проводимости. Распределенный брэгговский отражатель n-типа проводимости выполняют в составе 20 пар из слоя n-типа проводимости AlGaAs толщиной 30,7 нм с концентрацией носителей 1×1018 см-3 и слоя n-типа проводимости AlInP толщиной 71,2 нм с концентрацией носителей 1×1018 см-3. Далее последовательно выполняют первый слой-обкладку n-типа проводимости из AlGaInP толщиной 0,5 мкм с концентрацией носителей 1×1018 см-3, активный слой из нелегированного AlxGa1-xInP толщиной 0,5 мкм, второй слой-обкладку из AlGaInP p-типа проводимости толщиной 0,5 мкм с концентрацией носителей 5×1017 см-3. В финале формируют токорассеивающий слой AlGaInP p-типа проводимости толщиной 5 мкм с концентрацией носителей 1×1018 см-3.As the substrate, an n-type GaAs substrate is used. The distributed n-type Bragg reflector is made up of 20 pairs of an AlGaAs n-type conductivity layer 30.7 nm thick with a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 and an AlInP n-type conductivity layer 71.2 nm thick with a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 . Next, the first layer-lining of the n-type conductivity is made of AlGaInP 0.5 μm thick with a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 , the active layer of undoped Al x Ga 1-x InP is 0.5 μm thick, the second layer-lining from AlGaInP p-type conductivity 0.5 μm thick with a carrier concentration of 5 × 10 17 cm -3 . In the final, a p-type AlGaInP current-diffusing layer of conductivity of 5 μm thickness with a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 is formed .
Конкретный состав слоя AlGaAs распределенного брэгговского отражателя n-типа проводимости - AlxGa1-xAs с х 0<x<0,6. Толщину слоев отражателя AlGaAs и AlInP выбирают в соответствии с выражениями: t1={λ0/(4×n1)}×α, t2={λ0/(4×n2)}×(2-α), 0,5<α<0,9, где t1 - толщина слоя AlGaAs, t2-толщина слоя AlInP, λ0-длина волны, n1-показатель преломления AlGaAs, n2-показатель преломления AlInP.The specific composition of the AlGaAs layer of the distributed n-type Bragg reflector is Al x Ga 1-x As with x 0 <x <0.6. The thickness of the reflector layers AlGaAs and AlInP is chosen in accordance with the expressions: t 1 = {λ 0 / (4 × n 1 )} × α, t 2 = {λ 0 / (4 × n 2 )} × (2-α), 0.5 <α <0.9, where t 1 is the thickness of the AlGaAs layer, t 2 is the thickness of the AlInP layer, λ 0 is the wavelength, n 1 is the AlGaAs refractive index, n 2 is the AlInP refractive index.
При изготовлении по известному способу светодиода невозможны повышение его эффективности преобразования электрической энергии в световую и повышение эффективности теплоотвода, а также при его изготовлении отсутствуют возможность снижения размеров светодиодов и возможность интеграции с другими оптоэлектронными приборами на одной подложке.In the manufacture of the LED according to the known method, it is impossible to increase its efficiency of converting electric energy into light and increase the efficiency of heat removal, as well as during its manufacture there is no possibility of reducing the size of the LEDs and the possibility of integration with other optoelectronic devices on the same substrate.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата, относится следующее.The reasons that impede the achievement of the specified technical result include the following.
Во-первых, недостаточная эффективность формируемого при изготовлении светодиода распределенного брэгговского отражателя, так как он отражает свет лишь определенной длины волны и только при его распространении вблизи нормали к плоскости отражателя. В результате проявляется эффект поглощения света в подложке.Firstly, the insufficient efficiency of the distributed Bragg reflector formed during the manufacturing of the LED, since it reflects light only at a certain wavelength and only when it propagates near the normal to the plane of the reflector. As a result, the effect of light absorption in the substrate is manifested.
Во-вторых, в способе не предусмотрено изготовление средства для выполнения функции теплоотвода от активной области.Secondly, the method does not provide for the manufacture of means for performing the function of heat removal from the active region.
В-третьих, выполнение при изготовлении светодиода верхнего фронтального электрода, затеняющего излучающую область. Это особенно критично при изготовлении светодиодов малых размеров, до 10 мкм, поскольку размер подводящего контакта сравним с размером самого светодиода.Thirdly, the implementation in the manufacture of the LEDs of the upper frontal electrode, shading the emitting region. This is especially critical in the manufacture of small LEDs, up to 10 microns, since the size of the input contact is comparable to the size of the LED itself.
В-четвертых, используемая конструкция при изготовлении светодиода с последовательно выполненными слоями на подложке, нижним и верхним электродами, между которыми расположена подложка с последовательностью слоев. Использование при изготовлении светодиода данной конструкции препятствует реализации указанной интеграции.Fourth, the design used in the manufacture of an LED with sequentially made layers on a substrate, lower and upper electrodes, between which there is a substrate with a sequence of layers. The use of this design in the manufacture of LEDs hinders the implementation of this integration.
Техническим результатом предлагаемого решения является:The technical result of the proposed solution is:
- повышение эффективности преобразования электрической энергии в световую;- improving the efficiency of converting electrical energy into light;
- повышение эффективности теплоотвода;- increase the efficiency of heat removal;
- достижение возможности снижения размеров светодиодов;- achieving the possibility of reducing the size of LEDs;
- достижение возможности интеграции с другими оптоэлектронными приборами на одной подложке.- achieving the possibility of integration with other optoelectronic devices on the same substrate.
Технический результат достигается в светодиоде, содержащем подложку, светоизлучающую структуру и первый электрод, расположенные с рабочей стороны подложки, второй электрод, контактирующий с подложкой, при этом с рабочей стороны подложки выполнен электропроводящий, прозрачный для излучаемого света U-образный подвес для светоизлучающей структуры, лежащий на подложке одной ветвью и жестко связанный с ней, между ветвями в направлении от подложки выполнена жестко связанная с ветвями последовательность элементов, сформированная из последовательно жестко связанных изолирующего слоя, первого электрода, слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, светоизлучающей структуры.The technical result is achieved in an LED containing a substrate, a light-emitting structure and a first electrode located on the working side of the substrate, a second electrode in contact with the substrate, while on the working side of the substrate is made an electrically conductive U-shaped suspension for the light-emitting structure lying on the substrate with one branch and rigidly connected with it, between the branches in the direction from the substrate, a sequence of elements rigidly connected with the branches is formed, formed from a rigidly bonded insulating layer, a first electrode, a layer acting as a mirror and a heat sink, and a light-emitting structure.
В светодиоде U-образный подвес для светоизлучающей структуры выполнен на основе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, лежащая на подложке ветвь сформирована участком слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, находящимся в плоском состоянии за счет связи с рабочей стороны подложки с подложкой, с другой стороны - с расположенными между ветвями изолирующим слоем и первым электродом, другая ветвь сформирована участком слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, находящимся в плоском состоянии за счет связи с расположенными между ветвями светоизлучающей структурой и слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, а соединяющая ветви петля, выполненная электропроводящей, сформирована за счет изгибания под действием встроенных механических напряжений участка слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, свободного от связей с элементами, удерживающими его в плоском состоянии, первый электрод выполнен в виде контактного слоя, второй электрод, контактирующий с подложкой, выполнен с тыловой стороны подложки.In the LED, the U-shaped suspension for the light-emitting structure is made on the basis of a layered ensemble with built-in mechanical stresses, a branch lying on the substrate is formed by a section of a layered ensemble with built-in mechanical stresses that is in a flat state due to communication from the working side of the substrate with the substrate, on the other hand - with an insulating layer located between the branches and the first electrode, the other branch is formed by a section of a layer ensemble with built-in mechanical stresses located in due to the connection with the light-emitting structure located between the branches and the layer that acts as a mirror and heat sink, and the loop connecting the branches, made electrically conductive, is formed by bending under the influence of built-in mechanical stresses a section of a layered ensemble with built-in mechanical stresses, free from connections with elements holding it in a flat state, the first electrode is made in the form of a contact layer, the second electrode in contact with the substrate is made from the rear Rhone substrate.
В светодиоде между изолирующим слоем и ветвью U-образного подвеса, лежащей на подложке, сформированной участком слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, находящимся в плоском состоянии за счет связей с подложкой, изолирующим слоем и первым электродом, выполнен ансамбль слоев светоизлучающей структуры, светоизлучающая структура выполнена на основе ансамбля слоев светоизлучающей структуры, подвешена на петле с примыканием слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, которым снабжена светоизлучающая структура, к контактному слою с возможностью реализации жесткой механической и электрической связей.In the LED between the insulating layer and the branch of the U-shaped suspension, lying on the substrate, formed by a section of the layer ensemble with built-in mechanical stresses that are in a flat state due to bonds with the substrate, the insulating layer and the first electrode, an ensemble of layers of a light-emitting structure is made, the light-emitting structure is made based on an ensemble of layers of a light-emitting structure, suspended on a loop with an adjoining layer that acts as a mirror and heat sink, which is equipped with a light-emitting structure, to the contact layer with the possibility of implementing rigid mechanical and electrical connections.
В светодиоде в составе светоизлучающей структуры выполнены первый и второй слои-обкладки, соответственно, первого и второго типа проводимости и расположенный между ними активный слой, нелегированный, причем второй слой-обкладка выполнен с примыканием к слою, выполняющему функцию зеркала и теплоотвода.In the light-emitting diode as a part of the light-emitting structure, the first and second layer-wafers, respectively, of the first and second type of conductivity and the active layer located between them, undoped, are made, and the second layer-wafer is made adjacent to the layer that acts as a mirror and heat sink.
В светодиоде ансамбль слоев светоизлучающей структуры выполнен в составе первого и второго слоев-обкладок, соответственно, первого и второго типа проводимости с расположенным между ними активным слоем, нелегированным.In the LED, the ensemble of layers of the light-emitting structure is made up of the first and second layer-layers, respectively, of the first and second type of conductivity with the active layer located between them, undoped.
В светодиоде подложка выполнена из GaAs p+ или n+-типа проводимости.In the LED, the substrate is made of GaAs p + or n + -type conductivity.
В светодиоде между подложкой и лежащей на подложке ветвью, сформированной участком слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, находящимся в плоском состоянии за счет связей с подложкой, изолирующим слоем и первым электродом, выполнен жертвенный слой из AlAs p+ или n+-типа проводимости, обеспечивающий жесткую связь с подложкой.In the LED between the substrate and the branch lying on the substrate, formed by a section of the layer ensemble with built-in mechanical stresses that are in a planar state due to bonds with the substrate, the insulating layer and the first electrode, a sacrificial layer of AlAs p + or n + -type conductivity is made, providing hard bond to the substrate.
В светодиоде электропроводящий, прозрачный для излучаемого света U-образный подвес для светоизлучающей структуры, выполнен на основе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, а именно выполнен в составе механически напряженного слоя из InGaAs p+ или n+-типа проводимости и связанного с ним слоя из GaAs p+ или n+-типа проводимости, а петля, выполненная электропроводящей, металлизирована слоями AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм или слоями Zn/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм.In the LED, an electrically conductive U-shaped suspension for the light-emitting structure transparent to the emitted light is made on the basis of a layer ensemble with built-in mechanical stresses, namely, it is made up of a mechanically stressed layer of InGaAs p + or n + -type conductivity and the associated layer of GaAs p + or n + -type conductivity, and a loop made electrically conductive, metallized with layers of AuGe / Ni / Au thickness, respectively, 40/20/200 nm or layers of Zn / Au thickness, respectively, 20/200 nm.
В светодтоде первый слой-обкладка первого типа проводимости выполнен из AlGaInP или AlGaInAs p или n-типа проводимости, активный слой выполнен из нелегированного AlGaInP или AlGaInAs, а второй слой-обкладка второго типа проводимости выполнен из AlGaInP или AlGaInAs n или p-типа проводимости.In the light guide, the first layer-cladding of the first conductivity type is made of AlGaInP or AlGaInAs p or n-type conductivity, the active layer is made of undoped AlGaInP or AlGaInAs, and the second layer-cladding of the second conductivity type is made of AlGaInP or AlGaInAs n or p-type conductivity.
В светодиоде между ансамблем слоев светоизлучающей структуры и изолирующим слоем, между светоизлучающей структурой и слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, выполнен защитный слой из GaAs p+-типа проводимости.In the LED between the ensemble of layers of the light-emitting structure and the insulating layer, between the light-emitting structure and the layer acting as a mirror and heat sink, a protective layer of GaAs p + conductivity type is made.
В светодиоде изолирующий слой выполнен из SiO2 или Si3N4 толщиной около 0,2 мкм. В светодиоде первый электрод выполнен в виде контактного слоя в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 40/200 нм, второй электрод, контактирующий с подложкой, выполнен в составе слоев AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм или слоев Zn/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм.In the LED, the insulating layer is made of SiO 2 or Si 3 N 4 with a thickness of about 0.2 μm. In the LED, the first electrode is made in the form of a contact layer in the composition of Ti / Au layers with a thickness of 40/200 nm, respectively, the second electrode in contact with the substrate is made in the composition of AuGe / Ni / Au layers with a thickness of 40/20/200 nm, respectively or Zn / Au layers, respectively, 20/200 nm thick.
В светодиоде слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, сформирован в составе слоев Ag/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм.In an LED, a layer acting as a mirror and a heat sink is formed as a part of Ag / Au layers with a thickness of 20/200 nm, respectively.
Технический результат достигается в способе изготовления светодиода, заключающемся в том, что осуществляют получение светоизлучающей структуры, первого электрода, расположенных с рабочей стороны подложки, формируют второй электрод, контактирующий с подложкой, в способе сначала с рабочей стороны подложки формируют связанный с подложкой многослойный пленочный элемент с использованием материалов, геометрии его слоев и встроенных механических напряжений, обеспечивающих получение светоизлучающей структуры и электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, лежащего на подложке одной ветвью и жестко связанного с подложкой, а другой ветвью, связанного со светоизлучающей структурой с подвешиванием на петле, при этом на стадии формирования пленочного элемента изготавливают последовательно слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, ансамбль слоев светоизлучающей структуры, в отношении последнего формируют два участка, расположенных друг относительно друга с зазором глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле, на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры покрывают изолирующим слоем, на котором изготавливают первый электрод, на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, затем пленочный элемент частично отделяют от подложки, оставляя его связанным на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, на котором выполнен участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, покрытый изолирующим слоем с изготовленным на нем первым электродом, трансформируя под действием встроенных механических напряжений слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями в U-образный подвес с петлей и расположением получаемой светоизлучающей структуры из ансамбля слоев светоизлучающей структуры между ветвями, путем отделения пленочного элемента от подложки, переворота ансамбля слоев светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, и размещения последним в контакте с первым электродом с образованием жесткой связи.The technical result is achieved in the method of manufacturing the LED, which consists in obtaining a light-emitting structure, the first electrode located on the working side of the substrate, form a second electrode in contact with the substrate, in the method, first, a multilayer film element connected to the substrate is formed with using materials, the geometry of its layers and built-in mechanical stresses, providing a light-emitting structure and an electrically conductive, transparent of a U-shaped suspension for the emitted light for the light-emitting structure lying on the substrate with one branch and rigidly connected to the substrate and the other branch connected with the light-emitting structure with hanging on the loop, while in the stage of formation of the film element a layer ensemble with built-in mechanical voltages, an ensemble of layers of a light-emitting structure, with respect to the latter, two sections are formed, located relative to each other with a gap depth to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining portions of the film element — corresponding to the branch lying on the substrate, corresponding to the branch associated with the light-emitting structure, and corresponding to a loop, on the portion of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, the portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure is covered with an insulating layer, which produce the first electrode, in the area of the film element corresponding to the branches associated with the light-emitting structure containing the second section an ensemble of layers of a light-emitting structure, a layer is provided that functions as a mirror and a heat sink, then the film element is partially separated from the substrate, leaving it connected in the portion of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, on which the portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure, covered with an insulating layer made the first electrode on it, transforming under the action of built-in mechanical stresses a layered ensemble with built-in mechanical stresses into a U-shaped ec with a noose and location obtained of the light emitting structure from the ensemble of layers of the light emitting structure between the branches, by separating the film member from the substrate, coup ensemble layers emitting with a layer structure, performing the mirror and the heat sink function, and placing the latter in contact with the first electrode to form a rigid connection.
В способе на стадии формирования пленочного элемента перед изготовлением слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями на подложке изготавливают жертвенный слой из AlAs толщиной от 10 до 30 нм, в качестве подложки используют подложку GaAs, пленочный элемент отделяют от подложки путем селективного бокового травления жертвенного слоя со стороны участка пленочного элемента, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой.In the method, at the stage of forming a film element, before producing a layer ensemble with built-in mechanical stresses, a AlAs sacrificial layer from 10 to 30 nm thick is made on a substrate, a GaAs substrate is used as a substrate, the film element is separated from the substrate by selective side etching of the sacrificial layer from the site side a film element corresponding to a branch associated with a light-emitting structure.
В способе на стадии формирования пленочного элемента изготавливают слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, обеспечивающий получение электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, в составе механически напряженного слоя из InGaAs p+-типа проводимости и связанного с ним слоя из GaAs p+-типа проводимости, а ансамбль слоев светоизлучающей структуры изготавливают в составе первого и второго слоев-обкладок с расположенным между ними активным слоем, первый слой-обкладку выполняют из AlGaInP или AlGaInAs первого типа проводимости - p-типа, активный слой выполняют, соответственно, из нелегированного AlGaInP или AlGaInAs либо активный слой выполняют содержащим, соответственно, InGaP или GaAs квантовые ямы, а второй слой-обкладку выполняют, соответственно, из AlGaInP или AlGaInAs второго типа проводимости - n+-типа, при этом первый слой-обкладку размещают на слое из GaAs p+-типа проводимости слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, второй слой-обкладку снабжают защитным слоем из GaAs n+-типа проводимости, на котором выполняют изолирующий слой и слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода.In the method, at the stage of formation of the film element, a layer ensemble with built-in mechanical stresses is produced, which provides an electrically conductive, transparent for the emitted light, U-shaped suspension for the light-emitting structure, consisting of a mechanically stressed layer of InGaAs p + type conductivity and the associated GaAs layer p + -type of conductivity, and the ensemble of layers of the light-emitting structure is made up of the first and second layers-plates with an active layer located between them, the first layer is The fabric is made of AlGaInP or AlGaInAs of the first type of conductivity - p-type, the active layer is made of undoped AlGaInP or AlGaInAs, respectively, or the active layer is made of InGaP or GaAs quantum wells, respectively, and the second layer is made of AlGaInP, respectively or AlGaInAs of the second type of conductivity - n + -type, while the first layer-lining is placed on a layer of GaAs p + -type of conductivity of a layer ensemble with built-in mechanical stresses, the second layer-lining is provided with a protective layer of GaAs n + -type of conductivity which in Perform an insulating layer and a layer that acts as a mirror and heat sink.
В способе на стадии формирования пленочного элемента с изготовлением ансамбля слоев светоизлучающей структуры и в отношении последнего формированием двух участков, расположенных друг относительно друга с зазором, глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, с получением этим участков пленочного элемента - соответствующего лежащей на подложке ветви, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующего петле, с покрытием на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участка ансамбля слоев светоизлучающей структуры изолирующим слоем, на котором изготавливают первый электрод, с изготовлением на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, толщину пленочного элемента задают от 6×10-8 м - на участке пленочного элемента, соответствующем петле, до 10-5 м - на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, рисунки слоев пленочного элемента формируют литографически, после изготовления ансамбля слоев светоизлучающей структуры, используя литографию, изготавливают изолирующий слой на площади участка пленочного элемента, соответствующего лежащей на подложке ветви, затем выполняют зазор и получают указанные участки посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, с достижением расстояния между участками, равным πR, где R - радиус кривизны петли, или другого расстояния, обеспечивающего в дальнейшем расположение светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, в контакте с первым электродом, который получают на изолирующем слое нанесением контактного слоя из металла с использованием литографии, изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, также из металла, с использованием литографии, кроме того, после выполнения зазора и получения указанных участков посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, последний дополнительно металлизируют, напыляя в окна металл, используя при этом литографию.In the method, at the stage of forming the film element with the manufacture of the ensemble of layers of the light-emitting structure and in relation to the latter, the formation of two sections located relative to each other with a gap to the depth of the layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining sections of the film element - the corresponding branch lying on the substrate, the corresponding branch associated with the light-emitting structure, and the corresponding loop, coated on a portion of the film element corresponding to lying on the substrate of the branch of the section of the ensemble of layers of the light-emitting structure with an insulating layer on which the first electrode is made, with the production of a film element on the section corresponding to the branch associated with the light-emitting structure containing the second section of the ensemble of layers of the light-emitting structure, a layer acting as a mirror and heat sink, the thickness of the film element is set from 6 × 10 -8 m - in the area of the film element corresponding to the loop, up to 10 -5 m - in the area of the film element corresponding to lying on the substrate e branches, patterns of layers of the film element are formed lithographically, after the ensemble of layers of the light-emitting structure is manufactured using lithography, an insulating layer is made on the area of the film element section corresponding to the branches lying on the substrate, then a gap is made and the indicated sections are obtained by lithography and etching the window to a layer depth ensemble with built-in mechanical stresses, with reaching the distance between sections equal to πR, where R is the radius of curvature of the loop, or another distance, which further ensures the arrangement of the light-emitting structure with the layer acting as a mirror and heat sink in contact with the first electrode, which is obtained on the insulating layer by applying a contact layer of metal using lithography, a layer is made that acts as a mirror and heat sink, also of metal, using lithography, in addition, after performing the gap and obtaining the indicated areas by lithography and etching the window to a depth of a layer ensemble with built-in mechanical yazheniyami, the latter additionally metallized by sputtering in the metal box, using lithography.
В способе изолирующий слой изготавливают из SiO2 толщиной около 0,2 мкм.In the method, the insulating layer is made of SiO 2 with a thickness of about 0.2 μm.
В способе слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, изготавливают в составе слоев Ag/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм.In the method, a layer acting as a mirror and a heat sink is made up of 20/200 nm thick Ag / Au layers, respectively.
В способе слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями на участке, соответствующем петле, дополнительно металлизируют, напыляя в окна металл, используя при этом литографию, слоями AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм или слоями Zn/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм.In the method, a layered ensemble with built-in mechanical stresses in the area corresponding to the loop is additionally metallized by spraying metal into the windows using lithography with AuGe / Ni / Au layers 40/20/200 nm thick, respectively, or Zn / Au layers thick respectively, 20/200 nm.
В способе первый электрод изготавливают в виде контактного слоя в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 40/200 нм, второй электрод, контактирующий с подложкой, изготавливают с тыловой стороны подложки в составе слоев AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм или слоев Zn/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм.In the method, the first electrode is made in the form of a contact layer in the composition of Ti / Au layers with a thickness of 40/200 nm, respectively, the second electrode in contact with the substrate is made from the rear side of the substrate in the composition of layers of AuGe / Ni / Au with a thickness of 40 / 20/200 nm or Zn / Au layers with a thickness of 20/200 nm, respectively.
Сущность технических решений поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами.The essence of the technical solutions is illustrated by the following description and the accompanying drawings.
На Фиг.1 проиллюстрировано поглощение генерируемого активным слоем света в случаях отсутствия зеркала и его наличии - распределенного брэгговского отражателя.Figure 1 illustrates the absorption of the light generated by the active layer in the absence of a mirror and its presence - a distributed Bragg reflector.
На Фиг.2 проиллюстрировано затенение верхним фронтальным электродом излучающей области.Figure 2 illustrates the shading of the upper front electrode of the emitting region.
На Фиг.3 схематически показано сворачивание в рулон за счет действия встроенных механических напряжений псевдоморфной гетеропленки из двух формообразующих слоев при освобождении ее от связи с подложкой.Figure 3 schematically shows a roll-up due to the action of built-in mechanical stresses of a pseudomorphic heterofilm from two forming layers when it is released from communication with the substrate.
На Фиг.4(a), (b), (c), (d) представлены фотографии, демонстрирующие возможности метода «микро-оригами», позволяющего создавать массивы микромеханических компонентов, расположенных под различными заранее заданными углами к подложке.Figure 4 (a), (b), (c), (d) presents photographs showing the capabilities of the micro-origami method, which allows you to create arrays of micromechanical components located at various predetermined angles to the substrate.
На Фиг.5 схематически показана последовательность основных технологических стадий изготовления светодиода: а) формирование многослойного пленочного элемента - стадия готовности эпитаксиально сформированной гетероструктуры светодиода в составе подложки, слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, ансамбля слоев светоизлучающей структуры и осуществления литографии с нанесением изолирующего слоя из диэлектрика; б) формирование в отношении ансамбля слоев светоизлучающей структуры двух участков, расположенных друг относительно друга с зазором глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получение участков пленочного элемента - соответствующего лежащей на подложке ветви, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующего петле, с покрытием на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участка ансамбля слоев светоизлучающей структуры изолирующим слоем и изготовлением первого электрода в виде контактного слоя из металла, с формированием на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, и с дополнительной металлизацией на участке, соответствующем петле, слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями посредством осуществления литографии, вытравливания мезо-структур и нанесения слоев; в) стадия получения гибридной микроструктуры светодиода путем осуществления селективного травления жертвенного слоя с отделением от подложки мезо-структуры в составе участков пленочного элемента, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующего петле, псевдоморфной гетеропленки из слоев со встроенными механическими напряжениями (слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями), слоев-обкладок с расположенным между ними активным слоем, защитного слоя (ансамбль слоев светоизлучающей структуры) и слоя металла, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, а также отделением от подложки с формированием петли псевдоморфной гетеропленкой из слоев со встроенными механическими напряжениями на участке пленочного элемента, соответствующем петле, на котором может быть нанесен слой металла, приводящим к перевороту указанной мезо-структуры в отношении участка пленочного элемента, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой, на 180° и расположению слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, из металла между подложкой и активным слоем, при котором указанный слой из металла лежит на последовательности сформированных на подложке слоев из жертвенного слоя, слоев со встроенными механическими напряжениями (слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями) псевдоморфной гетеропленки, образующей петлю, слоев-обкладок с расположенным между ними активным слоем, защитного слоя (ансамбль слоев светоизлучающей структуры), изолирующего слоя, на котором нанесен контактный слой из металла (первый электрод), контактирующий в результате переворота мезо-структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, где 1 - подложка, 2 - жертвенный слой, 3 - механически напряженный слой, образующий петлю, 4 - слой, образующий петлю, 5 - слой-обкладка первого типа проводимости, 6 - активный слой, нелегированный, 7 - слой-обкладка второго-типа проводимости, 8 - защитный слой, 9 - изолирующий слой, 10 - слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 11 - металлизирующий петлю слой, 12 - контактный слой.Figure 5 schematically shows the sequence of the main technological stages of manufacturing an LED: a) the formation of a multilayer film element - the stage of readiness of the epitaxially formed heterostructure of the LED as a substrate, a layer ensemble with built-in mechanical stresses, an ensemble of layers of a light-emitting structure and lithography with the application of an insulating layer of a dielectric ; b) forming, with respect to the ensemble of layers of the light-emitting structure, two sections located relative to each other with a gap depth to the layer ensemble with built-in mechanical stresses, obtaining sections of the film element — the corresponding branch lying on the substrate, the corresponding branch associated with the light-emitting structure, and the corresponding loop, coated on the portion of the film element corresponding to the branch lying on the substrate of the portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure with an insulating layer the manufacture of the first electrode in the form of a contact layer of metal, with the formation on the portion of the film element corresponding to the branch associated with the light-emitting structure, a layer that acts as a mirror and heat sink, and with additional metallization in the portion corresponding to the loop, a layer ensemble with built-in mechanical stresses by lithography, etching of meso structures and deposition of layers; c) the stage of obtaining a hybrid microstructure of the LED by selective etching of the sacrificial layer with separation of the meso structure from the substrate as part of the film element sections corresponding to the branch associated with the light-emitting structure and the corresponding loop pseudomorphic heterofilm from layers with built-in mechanical stresses (layer ensemble with built-in mechanical stresses), lining layers with an active layer located between them, a protective layer (an ensemble of layers of light-emitting st lining) and a metal layer that acts as a mirror and heat sink, in the area of the film element corresponding to the branch associated with the light-emitting structure, and also separated from the substrate with a loop forming a pseudomorphic heterofilm from layers with built-in mechanical stresses in the area of the film element corresponding to the loop, which can be coated with a metal layer leading to a flip of the indicated meso-structure in relation to the portion of the film element corresponding to the branch associated with the light-emitting 180 ° structure and the location of the layer acting as a mirror and heat sink from the metal between the substrate and the active layer, in which the specified metal layer lies on a sequence of layers formed on the substrate from the sacrificial layer, layers with built-in mechanical stresses (layer ensemble with built-in mechanical stresses) of a pseudomorphic heterofilm forming a loop, layer layers with an active layer located between them, a protective layer (an ensemble of layers of a light-emitting structure), an insulating layer on which a metal contact layer is applied (the first electrode), which contacts as a result of a meso-structure revolution with a layer that acts as a mirror and heat sink, where 1 is a substrate, 2 is a sacrificial layer, 3 is a mechanically stressed layer forming a loop, 4 - loop-forming layer, 5 - layer-lining of the first type of conductivity, 6 - active layer, undoped, 7 - layer-lining of the second type of conductivity, 8 - protective layer, 9 - insulating layer, 10 - layer that acts as a mirror and heat sink 11 is a layer metallizing the loop; 12 is a contact layer.
На Фиг.6 представлено фотографическое изображение гибридной микроструктуры светодиода, содержащей слои металла, расположенные между полупроводниковыми эпитаксиальными слоями за счет петли, выполненной из слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, освобожденного от связи с подложкой, в результате действия встроенных механических напряжений при освобождении их от связи с подложкой, приводящего к изгибанию и формированию петли.Figure 6 presents a photographic image of the hybrid microstructure of the LED containing metal layers located between the semiconductor epitaxial layers due to a loop made of a layer ensemble with built-in mechanical stresses, freed from communication with the substrate, as a result of the action of built-in mechanical stresses when releasing them from communication with a substrate leading to bending and looping.
Разработка группы технических решений направлена на создание высокоэффективных светодиодов с малыми латеральными размерами (от 1 мкм до 100 мкм), пригодных для интеграции с другими электронными приборами на одном чипе и использования в светоизлучающих матрицах высокого разрешения, и наносветодиодов с квантовыми точками в активном слое, а также технологии изготовления приведенных устройств.The development of a group of technical solutions is aimed at creating high-performance LEDs with small lateral sizes (from 1 μm to 100 μm) suitable for integration with other electronic devices on a single chip and for use in high-resolution light-emitting matrices, and nanodiodes with quantum dots in the active layer, and also manufacturing techniques of the above devices.
Первый коммерческий светодиод появился более 50 лет назад. С тех пор характеристики светодиодов постоянно улучшались, в особенности ускорение прогресса наблюдалось в последние два десятилетия. К сегодняшнему дню разработаны светодиоды, излучающие свет длиной волны всего видимого диапазона, от голубого до красного, успехи в разработке светодиодов достигли впечатляющего уровня в отношении излучаемой мощности и эффективности преобразования электрической энергии в световую.The first commercial LED appeared more than 50 years ago. Since then, the characteristics of LEDs have constantly improved, in particular, acceleration of progress has been observed in the last two decades. To date, LEDs have been developed that emit light of a wavelength of the entire visible range, from blue to red, success in the development of LEDs has reached an impressive level in terms of radiated power and the efficiency of converting electrical energy into light.
Коэффициент полезного действия светодиода равен произведению внутренней квантовой эффективности (числа фотонов, генерируемых каждым электроном, проходящим через активный слой светодиода) и эффективности экстракции света (отношения числа фотонов, покинувших прибор, к их полному числу). Внутренняя квантовая эффективность определяется качеством используемых полупроводниковых материалов и конструкцией активной области и может превышать 99% (I.Schnitzer, Е. Yablonovitch, С.Caneau, T.J. Gmitter, Ultrahigh spontaneous emission quantum efficiency, 99.7% internallyand 72% externally, from AlGaAs/GaAs/AlGaAs double heterostructures, Appl. Phys. Lett. 62 (2) 131 (1992)). Эффективность экстракции ограничена поглощением части света подложкой, а также отражением фотонов от границы раздела полупроводник/воздух и их последующим поглощением в активной области или подложке. Высокий коэффициент преломления полупроводников (n=3,54 для GaAs) приводит к тому, что лишь малая часть, около 2%, фотонов может покинуть полупроводник. Для повышения эффективности экстракции света был предложен ряд мер (K.Streubel, N. binder, R. Wirth, A. Jaeger, High brightness AlGaInP Light-Emitting Diodes, IEEE J Select. Topics Quantum Electron. 8 (2) 321 (2002)): (1) использование распределенных брэгговских отражателей между подложкой и активной областью; (2) использование прозрачной подложки; (3) перенос активной области на металлическую отражающую поверхность; (4) создание рельефа на поверхности полупроводника. Созданные с использованием этих технологий светодиоды, так называемые светодиоды высокой яркости (high-brightness LED), уже широко применяются в световых табло, светофорах, автомобильных сигнальных фонарях, для подсветки жидкокристаллических дисплеев мобильных устройств (M. Holcomb, Р. Grillot, G. Hfler, М. Krames, S. Stockman, AlGaInP LEDs break performance barriers, Compound Semiconductor, Aplil, 2001). Общий объем продаж светодиодов высокой яркости в 2000 году превысил сумму в 1 миллиард долларов США (T. Whitaker, Lighting the future with LEDs, Compound Semiconductor, Aplil, 2001). Тем не менее, до настоящего времени остается нерешенной проблема создания ярких микросветодиодов высокоэффективных светодиодов с малыми размерами (1 мкм - 100 мкм), пригодных для интеграции с другими электронными приборами на одном чипе и использования в светоизлучающих матрицах высокого разрешения (100-1000 dpi). Такие светодиоды требуются для создания цветных дисплеев высокого разрешения, дисплеев мобильных устройств, светодиодных принтеров.The efficiency of the LED is the product of the internal quantum efficiency (the number of photons generated by each electron passing through the active layer of the LED) and the light extraction efficiency (the ratio of the number of photons leaving the device to their total number). Internal quantum efficiency is determined by the quality of the semiconductor materials used and the design of the active region and can exceed 99% (I.Schnitzer, E. Yablonovitch, C. Caneau, TJ Gmitter, Ultrahigh spontaneous emission quantum efficiency, 99.7% internallyand 72% externally, from AlGaAs / GaAs / AlGaAs double heterostructures, Appl. Phys. Lett. 62 (2) 131 (1992)). The extraction efficiency is limited by the absorption of part of the light by the substrate, as well as the reflection of photons from the semiconductor / air interface and their subsequent absorption in the active region or substrate. The high refractive index of semiconductors (n = 3.54 for GaAs) leads to the fact that only a small part, about 2%, of the photons can leave the semiconductor. A number of measures have been proposed to increase the efficiency of light extraction (K. Streubel, N. binder, R. Wirth, A. Jaeger, High brightness AlGaInP Light-Emitting Diodes, IEEE J Select. Topics Quantum Electron. 8 (2) 321 (2002) ): (1) the use of distributed Bragg reflectors between the substrate and the active region; (2) the use of a transparent substrate; (3) transferring the active region to a metal reflective surface; (4) creating a relief on the surface of a semiconductor. The LEDs created using these technologies, the so-called high-brightness LEDs, are already widely used in light displays, traffic lights, car signal lights, for illuminating liquid crystal displays of mobile devices (M. Holcomb, P. Grillot, G. Hfler , M. Krames, S. Stockman, AlGaInP LEDs break performance barriers, Compound Semiconductor, Aplil, 2001). Total sales of high-brightness LEDs in 2000 exceeded $ 1 billion (T. Whitaker, Lighting the future with LEDs, Compound Semiconductor, Aplil, 2001). Nevertheless, the problem of creating bright micro-LEDs of high-performance small-size LEDs (1 μm - 100 μm) suitable for integration with other electronic devices on a single chip and use in high-resolution light-emitting matrices (100-1000 dpi) remains unresolved. Such LEDs are required to create high-resolution color displays, displays of mobile devices, LED printers.
Реализация указанных светодиодов разработчиками мира направлена в первую очередь на устранение таких недостатков светодиодов как поглощение генерируемого света активным слоем (см. Фиг.1), затенение верхним контактом излучающей области светодиода (см. Фиг.2).The implementation of these LEDs by the developers of the world is primarily aimed at eliminating such disadvantages of LEDs as absorption of the generated light by the active layer (see Figure 1), shading by the upper contact of the emitting region of the LED (see Figure 2).
Кроме того, в настоящее время в ряде лабораторий мира ведутся работы по созданию однофотонных эмиттеров на основе квантовых точек - наносветодиодов, каждый из которых содержит одну квантовую точку в активном слое. Для создания таких устройств необходимо решить проблему масштабирования светодиодов до наноразмеров при сохранении достаточно высокой эффективности (A. Fiore, J.X. Chenand, М. Ilegems, Scaling quantum-dot light-emitting diodes to submicrometer sizes, Appl. Phys. Lett. 81 (10) 1756(2002)).In addition, at present, a number of laboratories in the world are working on the creation of single-photon emitters based on quantum dots - nanodiodes, each of which contains one quantum dot in the active layer. To create such devices, it is necessary to solve the problem of scaling LEDs to nanoscale while maintaining sufficiently high efficiency (A. Fiore, JX Chenand, M. Ilegems, Scaling quantum-dot light-emitting diodes to submicrometer sizes, Appl. Phys. Lett. 81 (10) 1756 (2002)).
Предлагаемый подход в настоящих технических решениях к устранению недостатков выглядит перспективным, прежде всего, с точки зрения масштабирования при сохранении высокой эффективности.The proposed approach in these technical solutions to the elimination of disadvantages looks promising, first of all, from the point of view of scaling while maintaining high efficiency.
Достижение технического результата базируется на следующем.The achievement of the technical result is based on the following.
В предлагаемой группе технических решений реализована идея размещения металлического отражающего покрытия между генерирующим излучение эпитаксиальным активным слоем светодиода и подложкой, на которой этот активный слой был изначально выращен. Такую структуру невозможно создать непосредственно в процессе эпитаксиального роста (нельзя вырастить монокристаллические полупроводниковые слои поверх золотой или серебряной пленки, обычно используемой в качестве зеркала). Поэтому в данной разработке предлагается локально отделить от подложки эпитаксиальный активный слой с нанесенным на него металлическим покрытием и перевернуть его, используя встроенные механические напряжения, с размещением относительно подложки таким образом, что между активным слоем и подложкой оказывается выполненным металлическое отражающее покрытие - слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода.The proposed group of technical solutions implemented the idea of placing a metal reflective coating between the radiation-generating epitaxial active layer of the LED and the substrate on which this active layer was originally grown. It is impossible to create such a structure directly in the process of epitaxial growth (it is impossible to grow single-crystal semiconductor layers on top of a gold or silver film, usually used as a mirror). Therefore, in this development, it is proposed to locally separate from the substrate an epitaxial active layer with a metal coating deposited on it and invert it using built-in mechanical stresses, placing it relative to the substrate in such a way that between the active layer and the substrate a metal reflective coating is formed - a layer that performs the function mirrors and heat sink.
В основе реализации лежит концепция трехмерного микро- и наноструктурирования с использованием встроенных напряжений (V. Ya. Prinz, V.A. Seleznev, А.K. Gutakovsky, A.V. Chehovskiy, V.V. Preobrazenskii, M.A. Putyato, T.A. Gavrilova. Free standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes, nanohelical and their arrays. Physica E, 2000, v.6, N 1-4, p.p.828-831), которую схематически демонстрирует Фиг.3 на примере псевдоморфной гетеропленки, состоящей из слоя GaAs и слоя InGaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на GaAs подложке.The implementation is based on the concept of three-dimensional micro- and nanostructuring using built-in voltages (V. Ya. Prinz, VA Seleznev, A.K. Gutakovsky, AV Chehovskiy, VV Preobrazenskii, MA Putyato, TA Gavrilova. Free standing and overgrown InGaAs / GaAs nanotubes , nanohelical and their arrays. Physica E, 2000, v.6, N 1-4, pp828-831), which is shown schematically in FIG. 3 by the example of a pseudomorphic heterofilm consisting of a GaAs layer and an InGaAs layer grown by the molecular beam method epitaxy on a GaAs substrate.
Напряженная двухслойная пленка из материалов, в частности, InGaAs и GaAs, с различными постоянными кристаллической решетки, при освобождении ее от связи с подложкой изгибается и сворачивается в рулон под действием внутренних механических напряжений (Фиг.3). Постоянная решетки InGaAs превосходит постоянную решетки GaAs (Δa/a≤7%). Слой InGaAs в исходном состоянии сжат. Упругие силы F1 и F2 в сжатом слое, расположенном на жертвенном слое, и слое, расположенном на сжатом слое, направлены в противоположные стороны и создают момент сил М, стремящийся изогнуть пленку. Пока жертвенный слой не подвергнут травлению, пленка жестко связана с подложкой посредством жертвенного слоя и удерживается в плоском состоянии. При направленном боковом травлении жертвенного слоя пленка начинает отделяться от подложки. Под действием момента сил упругих деформаций пленка изгибается, приобретая криволинейную форму, соответствующую минимуму энергии внутренних напряжений. Радиус кривизны изгиба зависит от толщины пленки и величин механических напряжений в ней. Его можно задавать с прецизионной точностью, поскольку он задается относительным рассогласованием периодов кристаллических решеток материалов, которые выбирают для формирования слоев, и толщинами последних. Выращивая на подложке исходные структуры с разной толщиной эпитаксиальных слоев и составами твердых растворов, можно очень точно получать требуемое значение радиуса кривизны. Толщина при эпитаксиальном росте задается с точностью до моноатомных слоев. В простейшем случае двухслойной гетеропленки с толщинами слоев d1 и d2, несоответствием параметров решетки слоев Δa/a и коэффициентом Пуассона ν радиус кривизны R определяется формулой (M. Grundmann, Appl. Phys. Lett. 83, 2444 (2003)):A strained two-layer film of materials, in particular, InGaAs and GaAs, with different lattice constants, when it is released from the bond with the substrate, it bends and rolls under the action of internal mechanical stresses (Figure 3). The InGaAs lattice constant exceeds the GaAs lattice constant (Δa / a≤7%). The InGaAs layer is compressed in the initial state. The elastic forces F 1 and F 2 in the compressed layer located on the sacrificial layer and the layer located on the compressed layer are directed in opposite directions and create a moment of forces M, tending to bend the film. Until the sacrificial layer is etched, the film is rigidly bonded to the substrate by the sacrificial layer and held flat. With directional side etching of the sacrificial layer, the film begins to separate from the substrate. Under the action of the moment of elastic deformation forces, the film bends, acquiring a curvilinear shape corresponding to the minimum energy of internal stresses. The radius of curvature of the bend depends on the thickness of the film and the magnitude of the mechanical stresses in it. It can be set with precision accuracy, since it is determined by the relative mismatch of the periods of the crystal lattices of the materials that are chosen for the formation of the layers, and the thicknesses of the latter. By growing initial structures on the substrate with different thicknesses of epitaxial layers and compositions of solid solutions, it is possible to very accurately obtain the required value of the radius of curvature. The thickness during epitaxial growth is specified accurate to monoatomic layers. In the simplest case of a two-layer heterofilm with layer thicknesses d 1 and d 2 , mismatch of the lattice parameters of the layers Δa / a and Poisson's ratio ν, the radius of curvature R is determined by the formula (M. Grundmann, Appl. Phys. Lett. 83, 2444 (2003)):
. .
Таким образом, локальная кривизна формируемой оболочки, в частности рулона, петли задается присутствующими в ее составе слоями, изогнутыми за счет действия упругих напряжений.Thus, the local curvature of the formed shell, in particular the roll, of the loop is determined by the layers present in its composition, curved due to the action of elastic stresses.
Эта же концепция использована в «микро-оригами» методе микроструктурирования (P. Vaccaro, K. Kubota, Т. Aida, Appl. Phys. Lett. 78 (2001)2852). В нем свободные напряженные гетеропленки используются для подвески отделенных от подложки частей микромеханических приборов. «Микро-оригами» позволяет создавать массивы микромеханических компонентов, располагаемых под различными заранее заданными углами к подложке (A. Vorob'ev, P.O. Vaccaro, K. Kubota, S. Saravanan, Т. Aida, Jpn. J. Appl. Phys 42, Part 1 (6B) 4024 (2003)), в том числе под углом 180°, то есть полностью перевернутые (Фиг.4).The same concept was used in the micro-origami method of microstructuring (P. Vaccaro, K. Kubota, T. Aida, Appl. Phys. Lett. 78 (2001) 2852). In it, free strained heterofilms are used to suspend parts of micromechanical devices separated from the substrate. "Micro-origami" allows you to create arrays of micromechanical components located at various predetermined angles to the substrate (A. Vorob'ev, PO Vaccaro, K. Kubota, S. Saravanan, T. Aida, Jpn. J. Appl. Phys 42, Part 1 (6B) 4024 (2003)), including at an angle of 180 °, that is, completely inverted (Figure 4).
В предлагаемых технических решениях используют внутренние механические напряжения в многослойной эпитаксиальной пленке для переворота ее требуемых участков на 180° (см. Фиг.5 - Фиг.6) с возможностью получения конструкции светодиода, в которой предварительно нанесенная металлическая пленка оказывается размещенной между подложкой 1 и активным слоем 6 и играет роль зеркала, выполняя при этом еще и функцию теплоотвода от активной области (слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10). Металлическое отражающее покрытие, которое невозможно вырастить в едином процессе формирования всех эпитаксиальных слоев структуры светодиода, таким образом располагают между эпитаксиальным активным слоем 6 светодиода и подложкой 1, на которой этот активный слой был изначально выращен.The proposed technical solutions use internal mechanical stresses in a multilayer epitaxial film to flip its desired sections 180 ° (see Figure 5 - Figure 6) with the possibility of obtaining a LED design in which a pre-deposited metal film is placed between the substrate 1 and the
Преимущества такой конструкции следующие:The advantages of this design are as follows:
(1) высокая эффективность преобразования электрической энергии в световую, поскольку металлическое зеркало препятствует поглощению подложкой эмитируемого света (распределенные брэгговские отражатели для этой цели менее эффективны, так как отражают свет лишь определенной длины волны и только при его распространении вблизи нормали к плоскости отражателя) (см. Фиг.1);(1) high efficiency of converting electric energy into light, since a metal mirror prevents the substrate from absorbing emitted light (distributed Bragg reflectors are less effective for this purpose, since they reflect light only of a certain wavelength and only when it propagates near the normal to the plane of the reflector) (see Fig. 1);
(2) отсутствие верхнего металлического электрода, затеняющего часть излучающей области (см. Фиг.2) (это особенно ценно для светодиодов с малыми размерами (<10 мкм), когда размер подводящего контакта сравним с размером самого диода);(2) the absence of an upper metal electrode that obscures part of the emitting region (see Figure 2) (this is especially valuable for small-sized LEDs (<10 μm), when the size of the input contact is comparable to the size of the diode itself);
(3) эффективный отвод тепла от активной области вследствие ее близости к металлическому покрытию;(3) effective removal of heat from the active region due to its proximity to the metal coating;
(4) не требуется высокотемпературного (600-750°C) бондинга (прямого сращивания пластин), применяемого в методах создания ярких светодиодов (ведь высокотемпературные процессы ухудшают качество границ раздела и размывают профиль легирования активной области, что ухудшает характеристики приборов);(4) high-temperature (600-750 ° C) bonding (direct splicing of wafers) used in methods for creating bright LEDs is not required (after all, high-temperature processes degrade the quality of interfaces and erode the doping profile of the active region, which degrades the characteristics of the devices);
(5) возможность интеграции с другими оптоэлектронными приборами на одной подложке.(5) the ability to integrate with other optoelectronic devices on the same substrate.
Описанный подход к созданию высокоэффективных светодиодов, использующий методы микромеханики, является новым и не имеет аналогов.The described approach to creating highly efficient LEDs using micromechanics is new and has no analogues.
Описанный подход с достижением указанного технического результата реализован в следующей конструкции светодиода (см. Фиг.5в)).The described approach with the achievement of the specified technical result is implemented in the following LED design (see Fig. 5c).
Светодиод, так же как и известные технические решения, содержит подложку 1, светоизлучающую структуру и первый электрод (контактный слой 12), расположенные с рабочей стороны подложки 1, второй электрод, контактирующий с подложкой. Новым в конструкции является выполнение с рабочей стороны подложки электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры. Этот элемент - один из важнейших элементов конструкции, поскольку обеспечивает требуемое для достижения технического результата позиционирование светоизлучающей структуры (активного слоя) и металлического слоя, играющего роль зеркала и осуществляющего теплоотвод, относительно других элементов конструкции. Он выполняется прозрачным для излучаемого света в целях беспрепятственного вывода генерируемого излучения, также выполняется электропроводящим для создания электрической цепи, в которую включена светоизлучающая структура и которая характерна для традиционной конструкции. При этом U-образный подвес лежит на подложке 1 одной ветвью и жестко связан с ней. Между ветвями U-образного подвеса в направлении от подложки 1 выполнена жестко связанная с ветвями последовательность элементов. В ней сформированы последовательно жестко связанные изолирующий слой 9, первый электрод (контактный слой 12), слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 светоизлучающая структура (защитный слой 8, слой-обкладка второго типа проводимости 7, например, p-типа проводимости, активный слой, нелегированный 6, слой-обкладка первого типа проводимости 5, например n-типа проводимости - в направлении от подложки 1) (см. Фиг.5в)). Изолирующий слой 9 предотвращает возникновение электрической цепи в обход светоизлучающей структуры, изолируя первый электрод (контактный слой 12) от проводящих слоев, выполненных на подложке.The LED, like well-known technical solutions, contains a substrate 1, a light-emitting structure and a first electrode (contact layer 12) located on the working side of the substrate 1, a second electrode in contact with the substrate. New in design is the implementation on the working side of the substrate of an electrically conductive, transparent to the emitted light, U-shaped suspension for the light-emitting structure. This element is one of the most important structural elements, since it provides the positioning of the light-emitting structure (active layer) and the metal layer, which acts as a mirror and performs heat removal, required for achieving a technical result, relative to other structural elements. It is made transparent to the emitted light in order to freely output the generated radiation, it is also electrically conductive to create an electric circuit, which includes a light-emitting structure and which is characteristic of a traditional design. In this case, the U-shaped suspension lies on the substrate 1 with one branch and is rigidly connected with it. Between the branches of the U-shaped suspension in the direction from the substrate 1, a sequence of elements rigidly connected with the branches is made. A rigidly connected insulating
Описанный подход с достижением указанного технического результата реализуют в вышеприведенной конструкции светодиода (см. Фиг.5в)) путем изготовления его следующим образом (см. Фиг.5а)-в)).The described approach with the achievement of the specified technical result is implemented in the above LED design (see Fig. 5c)) by manufacturing it as follows (see Fig. 5a) -c)).
В способе изготовления светодиода, так же как в известных технических решениях, осуществляют получение светоизлучающей структуры (слой-обкладка первого типа проводимости 5, активный слой, нелегированный 6, слой-обкладка второго типа проводимости 7), первого электрода (контактный слой 12), расположенных с рабочей стороны подложки 1, формируют второй электрод, контактирующий с подложкой 1 (не показан). Причем реализация этих действий с получением указанных элементов осуществляется известными средствами. Новым в способе является следующее.In the manufacturing method of the LED, as well as in the known technical solutions, a light-emitting structure is obtained (layer-cladding of the
При изготовлении сначала с рабочей стороны подложки 1 формируют связанный с подложкой многослойный пленочный элемент. При этом используют материалы, геометрию слоев пленочного элемента и встроенные механические напряжения, обеспечивающие получение светоизлучающей структуры и электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, лежащего на подложке одной ветвью и жестко связанного с подложкой 1, а другой ветвью связанного со светоизлучающей структурой с подвешиванием на петле. Формирование пленочного элемента осуществляется с использованием традиционных материалов и методов планарной технологии изготовления полупроводниковых приборов.In the manufacture, first, from the working side of the substrate 1, a multilayer film element connected to the substrate is formed. In this case, materials, the geometry of the layers of the film element and built-in mechanical stresses are used to provide a light-emitting structure and an electrically conductive U-shaped suspension transparent to the emitted light for the light-emitting structure lying on the substrate with one branch and rigidly connected to the substrate 1 and the other branch connected with light emitting structure with hanging on a loop. The formation of the film element is carried out using traditional materials and methods of planar manufacturing technology of semiconductor devices.
На стадии формирования пленочного элемента изготавливают последовательно слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, ансамбль слоев светоизлучающей структуры. В отношении последнего формируют два участка, расположенных друг относительно друга с зазором глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями. Таким образом, получают в результате участки пленочного элемента: соответствующий лежащей на подложке ветви; соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой; соответствующий петле. На участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры покрывают изолирующим слоем 9, на котором изготавливают первый электрод. На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, на котором выполнен второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, изготавливают слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода. Затем пленочный элемент частично отделяют от подложки 1, оставляя его связанным на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, на котором выполнен участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, покрытый изолирующим слоем 9 с изготовленным на нем первым электродом. При частичном отделении пленочного элемента под действием встроенных механических напряжений, присутствующих в нем, слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями трансформируют в U-образный подвес с петлей и расположением получаемой светоизлучающей структуры из ансамбля слоев светоизлучающей структуры между ветвями. При этом путем отделения пленочного элемента от подложки 1, переворота ансамбля слоев светоизлучающей структуры со слоем 10, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, происходит размещение последнего в контакте с первым электродом (контактный слой 12) с образованием жесткой связи.At the stage of formation of the film element, a sequentially layered ensemble with built-in mechanical stresses and an ensemble of layers of a light-emitting structure are produced. In relation to the latter, two sections are formed, located relative to each other with a gap depth to a layer ensemble with built-in mechanical stresses. Thus, as a result, sections of the film element are obtained: corresponding to the branch lying on the substrate; the corresponding branch associated with the light-emitting structure; corresponding to the loop. In the portion of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, the portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure is covered with an insulating
Исходным объектом при формировании многослойного пленочного элемента является твердая многослойная пленка или гетероструктура в составе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями и ансамбля слоев светоизлучающей структуры, полученная на твердой подложке 1. Кроме того, в качестве исходного объекта может быть использована твердая многослойная пленка или гетероструктура в составе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями и ансамбля слоев светоизлучающей структуры со сформированным на ней изолирующим слоем 9, либо использована твердая многослойная пленка или гетероструктура в составе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями и ансамбля слоев светоизлучающей структуры со сформированным на ней изолирующим слоем 9, на котором получен контактный слой 12 (первый электрод), либо использована твердая многослойная пленка или гетероструктура в составе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями и ансамбля слоев светоизлучающей структуры, на которой получен слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода. В общем случае в составе гетероструктуры выполняют совокупность слоев полупроводникового материала, металла, диэлектрика. Многослойная пленка или гетероструктура в составе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями и ансамбля слоев светоизлучающей структуры может быть нанесена на твердую подложку 1 молекулярно-лучевой эпитаксией, осаждением из жидкой или газовой фазы. Исходный объект должен удовлетворять следующим условиям: во-первых, должен обеспечить возможность протекания процесса генерации излучения; во-вторых, должна иметься возможность локального отделения от подложки; в-третьих, должны быть встроенные механические напряжения, под действием которых при отделении от подложки многослойного пленочного элемента формируется за счет изгибания U-образный подвес с петлей для светоизлучающей структуры; в-четвертых, должна достигаться возможность замкнутой электрической цепи с включением в нее светоизлучающей структуры с приложением к ней рабочего напряжения и беспрепятственность вывода генерируемого излучения.The initial object in the formation of the multilayer film element is a solid multilayer film or a heterostructure composed of a layer ensemble with built-in mechanical stresses and an ensemble of layers of a light-emitting structure obtained on a solid substrate 1. In addition, a solid multilayer film or a heterostructure as a part can be used a layer ensemble with built-in mechanical stresses and an ensemble of layers of a light-emitting structure with an insulating layer formed on it
Изготовление многослойного пленочного элемента осуществляют с использованием материалов, геометрии и внутренних механических напряжений слоев, обеспечивающих получение светоизлучающей структуры и электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры с расположением последней между ветвями подвеса, посредством имеющегося к настоящему времени арсенала средств планарной технологии. Среди методов планарной технологии используют такие, как эпитаксия, электрохимическое осаждение, вакуумное напыление и другие методы получения слоев. Методы позволяют получать требуемые слои, обеспечивают однородность толщины каждого слоя и однородность механических напряжений по слою. Отделяя от подложки пленочный элемент, производят укладку друг на друга его участков, участок пленочного элемента, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой и слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, 10, укладывают с его переворотом на участок пленочного элемента, соответствующий лежащей на подложке ветви, на котором выполнен участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, покрытый изолирующим слоем 9 с изготовленным на нем первым электродом, трансформируют слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями под действием последних в U-образный подвес с петлей, кривизну которой можно варьировать в широком диапазоне. Конкретное значение кривизны петли - оболочки, обеспечивающее требуемое пространственное расположение светоизлучающей структуры, с высокой точностью задается выбором внутренних напряжений слоев слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, их толщинами и механическими свойствами.The manufacture of a multilayer film element is carried out using materials, geometry and internal mechanical stresses of the layers, which provide a light-emitting structure and an electrically conductive U-shaped suspension that is transparent to emitted light for a light-emitting structure with the latter located between the branches of the suspension, using the currently available arsenal of planar technology . Among the methods of planar technology, such as epitaxy, electrochemical deposition, vacuum deposition, and other methods of producing layers are used. The methods make it possible to obtain the required layers, ensure uniformity of the thickness of each layer and uniformity of mechanical stresses across the layer. Separating the film element from the substrate, its sections are stacked on top of each other, the film element section corresponding to the branch associated with the light-emitting structure and the layer acting as a mirror and heat sink, 10, is laid with its revolution on the film element section corresponding to the branch lying on the substrate on which a section of the ensemble of layers of the light-emitting structure is made, covered with an insulating
Способ изготовления позволяет использовать широкий круг материалов для слоев с прецизионным подбором их толщин и напряжений, а также реализовать желаемую геометрию всех элементов, включая точную пространственную конфигурацию. Первая стадия способа заключается в формировании пленочного элемента, контуры которого задают литографически, при этом на подложке могут осуществлять формирование одного или более отдельных пленочных элементов в плоском состоянии, если требуется изготовить массив светодиодов. При формировании определяют форму пленочного элемента, область начала отделения его от подложки и последующего сворачивания, направление сворачивания. Используют любой тип литографии - оптическая, электронная, штамповал - для нанесения защитной маски требуемой формы на поверхность исходного объекта - исходной гетеропленки и последующего локального удаления пленки травлением (жидкостным, ионным или другим) с получением заданной геометрии многослойного пленочного элемента. В областях пленки, не защищенных маской, пленку полностью удаляют либо частично, прекращая травление на требуемой глубине (используя стоп-слои и селективность травителя по отношению к материалу). При необходимости маска подлежит удалению. При изготовлении металлических слоев с требуемым рисунком используют взрывную литографию.The manufacturing method allows the use of a wide range of materials for layers with a precise selection of their thicknesses and stresses, as well as to realize the desired geometry of all elements, including the exact spatial configuration. The first stage of the method consists in forming a film element, the contours of which are set lithographically, while on the substrate one or more individual film elements can be formed in a flat state if it is necessary to fabricate an array of LEDs. During the formation, the shape of the film element is determined, the area where it begins to separate from the substrate and subsequent folding, the direction of folding. Any type of lithography is used - optical, electronic, stamped - to apply a protective mask of the desired shape to the surface of the original object - the original heterofilm and subsequent local removal of the film by etching (liquid, ion or other) to obtain the specified geometry of the multilayer film element. In areas of the film that are not protected by the mask, the film is completely removed or partially, stopping the etching at the required depth (using stop layers and the etch selectivity with respect to the material). If necessary, the mask must be removed. In the manufacture of metal layers with the required pattern, explosive lithography is used.
В составе многослойного пленочного элемента при получении слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями выращивают не менее двух формообразующих петлю слоев, обеспечивающих встроенные механические напряжения, которые создают момент сил, стремящийся изогнуть пленку. Толщину каждого слоя можно задать от нескольких микрон до одного атомного монослоя. В частности, может быть выполнена последовательность формообразующих петлю слоев со встроенными механическими напряжениями с возможностью задания градиента продольных механических напряжений, направленного поперек пленки. Кроме того, в составе пленочного элемента выполняют ансамбль слоев светоизлучающей структуры в составе традиционной системы слоев - слои-обкладки первого и второго типа проводимости (соответственно, позиции 5 и 7 на Фиг.5) и расположенный между ними активный слой 6, нелегированный. После изготовления слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями и ансамбля слоев светоизлучающей структуры осуществляют получение геометрии многослойного пленочного элемента, проводят мезоструктурирование по ансамблю слоев светоизлучающей структуры, изготавливают зазор, получая указанные участки, получают изолирующий слой 9, первый электрод (контактный слой 12), слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода (см. Фиг.5а), б)). При этом осуществляют определение размеров и формы зазора (участка пленочного элемента, соответствующего петле) и указанных участков, рисунков слоев светоизлучающей структуры, изолирующего слоя 9, первого электрода (контактный слой 12), слоя 10, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода. После получения слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями и ансамбля слоев светоизлучающей структуры операции по получению зазора, изолирующего слоя 9 с покрытием его контактным слоем 12, слоя 10, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, могут быть выполнены в любом порядке, с использованием любого типа литографии - оптическая, электронная, штамповал - для нанесения защитной маски требуемой формы на поверхность исходной пленки и последующего локального удаления пленки травлением (жидкостным, ионным или другим), но с получением требуемой геометрии указанных элементов. Таким образом, на первом этапе изготавливают все конструктивные элементы светодиода, они находятся в плоском состоянии и расположены на подложке, связаны с подложкой. Мезоструктурированная гетеропленка, являющаяся многослойным пленочным элементом, связана с подложкой 1, в частности, за счет присутствующего жертвенного слоя 2, если последний выращивают в составе пленочного элемента (см. Фиг.5). Однако изготавливаемый светодиод еще не готов к функционированию. Остается придать конструктивным элементам требуемое расположение друг относительно друга, сформировав светоизлучающую структуру, расположив на первом электроде за счет формирования петли и подвешивания ее на петле (см. Фиг.5в)).As part of a multilayer film element, upon receipt of a layered ensemble with built-in mechanical stresses, at least two loop-forming layers are grown that provide built-in mechanical stresses that create a moment of forces tending to bend the film. The thickness of each layer can be set from a few microns to one atomic monolayer. In particular, a sequence of loop-forming layers with built-in mechanical stresses can be made with the possibility of setting a gradient of longitudinal mechanical stresses directed across the film. In addition, in the composition of the film element, an ensemble of layers of a light-emitting structure is performed as part of a traditional layer system — cladding layers of the first and second conductivity types (
На второй стадии способа изготовления приступают непосредственно к операциям, касающимся получения U-образного подвеса с петлей, расположения светоизлучающей структуры между ветвями, с приведением ее в контакт с изготовленным на изолирующем слое 9 первым электродом слоем 10, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода. Созданный пленочный элемент/элементы освобождают частично от связи с подложкой 1 посредством удаления под ним/ними материала нижележащего элемента либо без удаления последнего, применяя воздействие, освобождающее гетероструктуру от связи с подложкой, например воздействие лазерным излучением. В первом случае травят жертвенный слой 2, предварительно выращенный на подложке 1. При этом в многослойном пленочном элементе слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями на участке, соответствующем зазору, изгибается под действием внутренних механических напряжений, образующих петлю слоев, и трансформируется в оболочку с формой, соответствующей минимуму энергии внутренних механических напряжений. На участках, соответствующих ветвям, изгибания слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями не происходит, поскольку этому препятствует связь с подложкой, с ансамблем слоев светоизлучающей структуры и с самой формируемой светоизлучающей структурой. Изгибание участка пленочного элемента, соответствующего петле, в требуемом направлении достигается применением способов направленного сворачивания (А.В. Vorob'ev, V. Ya. Prinz. Directional rolling of strained heterofilms. Semiconductor Science and Technology, 17, 2002, p.p.614-616), базирующихся на анизотропии упругих свойств слоев гетероструктуры, анизотропии травления жертвенного слоя, или посредством использования определенных конфигураций контуров пленочного элемента, которые задают требуемое направление сворачивания. При расположении между ветвями U-образного подвеса на петле светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, последний приводят в контакт с первым электродом с образованием жесткой связи. Формирование жесткой связи обусловлено эффектом слипания.At the second stage of the manufacturing method, they proceed directly to operations related to obtaining a U-shaped suspension with a loop, the location of the light-emitting structure between the branches, bringing it into contact with the first electrode made on the insulating
В заключение осуществляют присоединение проволок, проводов или иных электрических подводов к первому и второму электродам.In conclusion, they connect the wires, wires or other electrical leads to the first and second electrodes.
Подчеркнем, что последовательность действий - определение формы многослойного пленочного элемента, определение формы и получение изолирующего слоя, покрытие его первым электродом, определение формы и получение зазора, изготовление слоя, выполняющего функция зеркала и теплоотвода, может отличаться по последовательности выполнения, в зависимости от средств, заимствованных из арсенала планарной технологии для изготовления светодиода - материалов и технологических методов.We emphasize that the sequence of actions - determining the shape of a multilayer film element, determining the shape and obtaining an insulating layer, coating it with the first electrode, determining the shape and obtaining a gap, manufacturing a layer that functions as a mirror and heat sink, may differ in execution sequence, depending on the means, borrowed from the arsenal of planar technology for the manufacture of LEDs - materials and technological methods.
В частном случае реализации предлагаемого технического решения на стадии формирования пленочного элемента перед изготовлением слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями на подложке 1 изготавливают жертвенный слой 2 из AlAs толщиной от 10 до 30 нм, в качестве подложки 1 используют подложку GaAs p или n типа проводимости, пленочный элемент отделяют от подложки 1 путем селективного бокового травления жертвенного слоя 2 со стороны участка пленочного элемента, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой (см. Фиг.3, Фиг.5).In the particular case of the implementation of the proposed technical solution at the stage of formation of the film element, before the manufacture of the layered ensemble with built-in mechanical stresses, a
На стадии формирования пленочного элемента изготавливают слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, обеспечивающий получение электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, в составе механически напряженного слоя (механически напряженный слой, образующий петлю 3) из InGaAs p+ или n+-типа проводимости и связанного с ним слоя (слой, образующий петлю 4) из GaAs p+ или n+-типа проводимости (см. Фиг.5). Кроме того, изготавливают ансамбль слоев светоизлучающей структуры в составе первого (слой-обкладка первого типа проводимости 5 p-типа или n-типа) и второго (слой-обкладка второго типа 7 n-типа или p-типа проводимости) слоев-обкладок с расположенным между ними активным слоем (активный слой 6, нелегированный). Первый слой-обкладку выполняют из AlGaInP или AlGaInAs. Активный слой выполняют, соответственно, из нелегированного AlGaInP или AlGaInAs либо активный слой выполняют содержащим, соответственно, InGaP или GaAs квантовые ямы. Второй слой-обкладку выполняют, соответственно, из AlGaInP или AlGaInAs. При этом первый слой обкладку размещают на слое из GaAs p+ или n+-типа проводимости (слой, образующий петлю 4) слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями. Второй слой-обкладку (слой-обкладка второго типа проводимости 7 n-типа или p-типа проводимости) снабжают защитным слоем 8 из GaAs n+ или p+-типа проводимости, на котором выполняют изолирующий слой 9 и слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода.At the stage of formation of the film element, a layer ensemble is made with built-in mechanical stresses, which provides an electrically conductive, transparent for the emitted light, U-shaped suspension for the light-emitting structure, consisting of a mechanically stressed layer (mechanically stressed layer forming loop 3) from InGaAs p + or n + -type of conductivity and the layer associated with it (layer forming loop 4) of GaAs p + or n + -type of conductivity (see Figure 5). In addition, an ensemble of layers of a light-emitting structure is made up of the first (layer-lining of the first conductivity type 5 p-type or n-type) and the second (layer-lining of the second type 7 n-type or p-type conductivity) layer layers with between them the active layer (
В частном случае реализации способа при осуществлении стадии формирования пленочного элемента, в ходе которой изготавливают ансамбль слоев светоизлучающей структуры, в отношении последнего формируют два участка, расположенных друг относительно друга с зазором, глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле, на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры покрывают изолирующим слоем 9, на котором изготавливают первый электрод, на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, изготавливают слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, толщину пленочного элемента задают от 4×10-8 м - на участке пленочного элемента, соответствующем петле, до 10-5 м - на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви (см. Фиг.5). Рисунки слоев пленочного элемента формируют литографически. После изготовления ансамбля слоев светоизлучающей структуры, используя литографию, изготавливают изолирующий слой 9 на площади участка пленочного элемента, соответствующего лежащей на подложке ветви. Затем выполняют зазор и получают указанные участки. Осуществляют это посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями. Расстояние между участками задают, равным nR, где R - радиус кривизны петли. Также можно задать другое расстояние. Однако выбранное расстояние между участками должно обеспечить в дальнейшем расположение светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, 10 в контакте с первым электродом, который получают на диэлектрическом слое 9. То есть должна быть возможность сложить друг на друга указанные участки. Первый электрод получают нанесением контактного слоя из металла с использованием литографии, в частности взрывной литографии. Кроме того, на соответствующем участке изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, также из металла, с использованием литографии, в частности взрывной литографии. Помимо перечисленного, после выполнения зазора и получения указанных участков посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, последний дополнительно металлизируют, напыляя в окна металл, используя при этом литографию, в частности взрывную литографию. В результате получают металлизирующий петлю слой 11 (см. Фиг.5б), в)). Это дополнительная операция. В отсутствии металлизации протекание тока осуществляется по изготовленным из полупроводникового материала слоям слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями. Металлизация может выполняться с разрывами на краях участка пленочного элемента, соответствующего петле, на которых указанный участок примыкает к другим участкам пленочного элемента (Фиг.5б)), сплошной, что требует скошенных, не строго вертикальных границ мезо-структур.In the particular case of the implementation of the method during the stage of formation of the film element, during which an ensemble of layers of a light-emitting structure is made, two sections are formed with respect to the latter with a gap to the depth of the layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining sections of the film element - corresponding to a branch lying on a substrate, corresponding to a branch associated with a light-emitting structure, and corresponding to a loop in a portion of a film element nta corresponding to the branch lying on the substrate, the portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure is covered with an insulating
В частном случае реализации способа изолирующий слой 9 изготавливают из SiO2 или Si3N4 толщиной около 0,2 мкм. При изготовлении изолирующего слоя 9 осуществляют нанесение слоя диэлектрика указанной толщиной на исходный объект - твердую многослойную пленку или гетероструктуру в составе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями и ансамбля слоев светоизлучающей структуры, полученную на подложке, затем осуществляют литографию, вскрывая окна в слое диэлектрика, выполняют травление последнего.In the particular case of the method, the insulating
Слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, изготавливают в составе слоев, например, Ag/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм. При изготовлении осуществляют литографию, изготавливая в слое-маске окно и определяя рисунок слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10. Затем проводят напыление слоев металла указанной толщиной и последующий «взрыв».
Слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями на участке, соответствующем петле, дополнительно металлизируют, напыляя в окна металл, используя при этом литографию, слоями AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм или слоями Zn/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм. При изготовлении осуществляют литографию, изготавливая в слое-маске окно и определяя рисунок металлизирующего петлю слоя 11. Затем проводят напыление указанных слоев указанной толщиной и последующий «взрыв».A layered ensemble with built-in mechanical stresses in the area corresponding to the loop is additionally metallized by spraying metal into the windows, using lithography, with AuGe / Ni / Au layers 40/20/200 nm thick or Zn / Au layers respectively 20/200 nm. In the manufacture, lithography is carried out by making a window in the mask layer and determining the pattern of the
Первый электрод изготавливают в виде контактного слоя 12 в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 40/200 нм. Проводят литографию, изготавливая в слое-маске окно и определяя рисунок контактного слоя 12. После чего осуществляют напыление слоев металла указанной толщиной и последующий «взрыв».The first electrode is made in the form of a
Второй электрод, контактирующий с подложкой, изготавливают с тыловой стороны подложки в составе слоев AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм или слоев Zn/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм в зависимости от типа проводимости подложки. При его получении осуществляют высокотемпературную обработку при температуре около 400°C, например, в течение 10 минут в атмосфере инертного газа, что является достаточным для вплавления.The second electrode in contact with the substrate is made from the rear side of the substrate, comprising 40/20/200 nm thick AuGe / Ni / Au layers or 20/200 nm thick Zn / Au layers, respectively, depending on the type of substrate conductivity. Upon receipt, a high-temperature treatment is carried out at a temperature of about 400 ° C, for example, for 10 minutes in an inert gas atmosphere, which is sufficient for fusion.
На этапе отделения многослойного пленочного элемента в частном случае реализации способа осуществляют травление жертвенного слоя в HF или в I2/KI в зависимости от состава активного слоя с последующим промыванием и высушиванием.At the stage of separation of the multilayer film element in the particular case of the method, the sacrificial layer is etched in HF or in I 2 / KI, depending on the composition of the active layer, followed by washing and drying.
Отметим, что радиус кривизны получаемой петли зависит от толщины и механических свойств всех слоев, имеющихся на участке пленочного элемента, соответствующего петле. Формирование слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями с большой толщиной приведет к существенному увеличению радиуса кривизны. Наличие формообразующих слоев со встроенными механическими напряжениями в составе слоевого ансамбля толщиной от сотен микрометров до единиц нанометров, задающих локальную кривизну оболочки, обуславливает ее характерные масштабы. Варьирование локальной кривизны за счет подбора параметров формообразующих слоев и толщины ансамбля слоев светоизлучающей структуры обеспечивает возможность масштабирования изготавливаемого светодиода или массива светодиодов.Note that the radius of curvature of the obtained loop depends on the thickness and mechanical properties of all layers available in the area of the film element corresponding to the loop. The formation of a layered ensemble with built-in mechanical stresses with a large thickness will lead to a significant increase in the radius of curvature. The presence of shape-forming layers with built-in mechanical stresses in the composition of a layered ensemble with a thickness from hundreds of micrometers to units of nanometers that specify the local curvature of the shell determines its characteristic scales. Varying the local curvature by selecting the parameters of the forming layers and the thickness of the ensemble of layers of the light-emitting structure makes it possible to scale the fabricated LED or an array of LEDs.
Способ изготовления обеспечивает широкий диапазон размеров элементов светодиода (от единиц нанометров до единиц миллиметров) и их пространственных конфигураций. Петли, выполненные посредством операций предлагаемого способа, базирующегося на планарной технологии и принципах трансформации пленочных элементов в оболочки, могут быть получены разнообразных размеров, с возможностью обеспечения требуемого позиционирования друг относительно друга элементов светодиода.The manufacturing method provides a wide range of sizes of LED elements (from units of nanometers to units of millimeters) and their spatial configurations. The loops made by the operations of the proposed method, based on planar technology and the principles of transformation of film elements into shells, can be obtained in various sizes, with the possibility of ensuring the required positioning of the LED elements relative to each other.
Диаметр петли, представляющей собой цилиндрическую оболочку, может составлять десятки микрометров и может быть масштабирован в область субмикронных и наноразмеров соответствующим выбором толщины и состава напряженной тонкой пленки, из которой формируется петля. Из литературы известно, что к настоящему времени минимальный достигнутый диаметр цилиндрических оболочек составляет 2 нм (V.Ya. Prinz, V.A. Seleznev, А.K. Gutakovsky, A.V. Chehovskiy, V.V. Preobrazenskii, M.A. Putyato, T.A. Gavrilova. Free standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes, nanohelical and their arrays. Physica E, 2000, v.6, N 1-4, p.p.828-831).The diameter of the loop, which is a cylindrical shell, can be tens of micrometers and can be scaled to the region of submicron and nanoscale by appropriate selection of the thickness and composition of the strained thin film from which the loop is formed. It is known from the literature that to date the minimum achieved diameter of cylindrical shells is 2 nm (V.Ya. Prinz, VA Seleznev, A.K. Gutakovsky, AV Chehovskiy, VV Preobrazenskii, MA Putyato, TA Gavrilova. Free standing and overgrown InGaAs / GaAs nanotubes, nanohelical and their arrays. Physica E, 2000, v. 6, N 1-4, pp828-831).
В отношении материалов предлагаемый способ позволяет использовать достаточно широкий круг материалов как для конструктивных слоев петли, так и других конструктивных элементов светоизлучающей структуры с учетом желаемой длины волны эмитируемого света.With regard to materials, the proposed method allows the use of a sufficiently wide range of materials for both the structural layers of the loop and other structural elements of the light-emitting structure, taking into account the desired wavelength of the emitted light.
При изготовлении светодиода операции, заимствованные из арсенала планарной технологии, обеспечивают высокое структурное совершенство внутреннего строения слоев, образующих петлю, и других конструктивных слоев светодиода. Высокое внутреннее совершенство образующих петлю слоев является гарантией точности задания локальной кривизны оболочки. Фактор совершенства внутреннего строения конструктивных слоев светоизлучающей структуры предопределяет воспроизводимость характеристик светодиода.In the manufacture of LEDs, operations borrowed from the arsenal of planar technology provide high structural perfection of the internal structure of the layers forming the loop and other structural layers of the LED. High internal perfection of the loop forming layers is a guarantee of the accuracy of setting the local curvature of the shell. The factor of perfection of the internal structure of the structural layers of the light-emitting structure determines the reproducibility of the characteristics of the LED.
Наличие формообразующих слоев, с высокой точностью задающих кривизну оболочки посредством соответствующего подбора их толщин и внутренних механических напряжений, а также методы планарной технологии для воспроизведения рисунков слоев пленочного элемента при мезоструктурировании гетероструктуры обеспечивают высокую воспроизводимость формы оболочки - петли.The presence of forming layers that accurately determine the curvature of the shell by appropriate selection of their thicknesses and internal mechanical stresses, as well as methods of planar technology for reproducing patterns of layers of the film element during mesostructuring of the heterostructure provide high reproducibility of the shape of the shell - loop.
Таким образом, выше показано как особенности конструкции и изготовления светодиода влияют на достижение технического результата.Thus, the above shows how the features of the design and manufacture of LEDs affect the achievement of a technical result.
Использование методов и материалов традиционной технологии производства интегральных схем (ИС) позволяет осуществлять интеграцию с ИС.The use of methods and materials of the traditional technology for the production of integrated circuits (ICs) allows integration with IP.
В общем случае выполнения светодиод содержит (см. Фиг.5) подложку 1, светоизлучающую структуру и первый электрод, расположенные с рабочей стороны подложки, второй электрод, контактирующий с подложкой. В светодиоде с рабочей стороны подложки выполнен электропроводящий, прозрачный для излучаемого света U-образный подвес для светоизлучающей структуры. U-образный подвес лежит на подложке 1 одной ветвью и жестко связан с ней. Между ветвями подвеса в направлении от подложки 1 выполнена жестко связанная с ветвями последовательность элементов. Последовательность элементов сформирована из последовательно жестко связанных изолирующего слоя 9, первого электрода, слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, светоизлучающей структуры.In the General case, the implementation of the LED contains (see Figure 5) the substrate 1, the light-emitting structure and the first electrode located on the working side of the substrate, the second electrode in contact with the substrate. An electrically conductive U-shaped suspension for a light-emitting structure is made in the LED on the working side of the substrate. The U-shaped suspension lies on the substrate 1 with one branch and is rigidly connected with it. Between the branches of the suspension in the direction from the substrate 1, a sequence of elements rigidly connected with the branches is made. The sequence of elements is formed from sequentially rigidly connected insulating
В частных случаях выполнения светодиод реализован с учетом следующего (Фиг.5).In special cases, the implementation of the LED is implemented taking into account the following (Figure 5).
U-образный подвес для светоизлучающей структуры выполнен на основе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями. Лежащая на подложке 1 ветвь сформирована участком слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, находящимся в плоском состоянии за счет связи с рабочей стороны подложки 1 с подложкой. С другой стороны (со стороны, обращенной в пространство между ветвями) - с расположенными между ветвями изолирующим слоем 9 и первым электродом. Другая ветвь сформирована участком слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, находящимся в плоском состоянии за счет связи с расположенными между ветвями светоизлучающей структурой и слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода. Соединяющая ветви петля, выполненная электропроводящей, сформирована за счет изгибания под действием встроенных механических напряжений участка слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, свободного от связей с элементами, удерживающими его в плоском состоянии. Первый электрод выполнен в виде контактного слоя 12. Второй электрод, контактирующий с подложкой 1, выполнен с тыловой стороны подложки 1.The U-shaped suspension for the light-emitting structure is made on the basis of a layer ensemble with built-in mechanical stresses. The branch lying on the substrate 1 is formed by a section of a layer ensemble with built-in mechanical stresses that is in a planar state due to communication from the working side of the substrate 1 with the substrate. On the other hand (from the side facing the space between the branches) - with the insulating
Между изолирующим слоем 9 и ветвью U-образного подвеса, лежащей на подложке 1, сформированной участком слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, находящимся в плоском состоянии за счет связей с подложкой, изолирующим слоем 9 и первым электродом, выполнен ансамбль слоев светоизлучающей структуры. Светоизлучающая структура выполнена на основе ансамбля слоев светоизлучающей структуры, с подвешиванием на петле с примыканием слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10, которым снабжена светоизлучающая структура, к контактному слою 12 с возможностью реализации жесткой механической и электрической связей.Between the insulating
В составе светоизлучающей структуры выполнены первый (слой-обкладка первого типа проводимости 5 p или n-типа проводимости) и второй (слой-обкладка второго типа проводимости 7 n или p-типа проводимости) слои-обкладки и расположенный между ними активный слой, нелегированный, 6. Причем второй слой-обкладка выполнен с примыканием к слою, выполняющему функцию зеркала и теплоотвода, 10. Ансамбль слоев светоизлучающей структуры выполнен в составе первого и второго слоев-обкладок, соответственно, слой-обкладка первого типа проводимости 5 и слой-обкладка второго типа проводимости 7, с расположенным между ними активным слоем, нелегированным, 6.As part of the light-emitting structure, the first (cladding layer of the first conductivity type 5 p or n-type conductivity) and the second (cladding layer of the second conductivity type 7 n or p-type conductivity) are made of the cladding layers and the active layer between them, undoped, 6. Moreover, the second layer-lining is made adjacent to the layer acting as a mirror and heat sink, 10. The ensemble of layers of the light-emitting structure is made up of the first and second layer-lining, respectively, layer-lining of the
Подложка 1 выполнена из GaAs p+ или n+-типа проводимости. Между подложкой 1 и лежащей на подложке ветвью, сформированной участком слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, находящимся в плоском состоянии за счет связей с подложкой 1, изолирующим слоем 9 и первым электродом, выполнен жертвенный слой 2 из AlAs p+ или n+-типа проводимости, обеспечивающий жесткую связь с подложкой 1.The substrate 1 is made of GaAs p + or n + -type conductivity. A
Электропроводящий, прозрачный для излучаемого света U-образный подвес для светоизлучающей структуры, выполнен на основе слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями в составе механически напряженного слоя из InGaAs p+ или n+-типа проводимости (механически напряженный слой, образующий петлю, 3) и связанного с ним слоя из GaAs p+ или n+-типа проводимости (слой, образующий петлю, 4). В подвесе петля, выполненная электропроводящей, металлизирована слоями AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм или слоями Zn/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм - металлизирующий петлю слой 11.An electrically conductive U-shaped suspension for the light-emitting structure, transparent to the emitted light, is made on the basis of a layer ensemble with built-in mechanical stresses as part of a mechanically stressed layer of InGaAs p + or n + -type of conductivity (mechanically stressed layer forming a loop, 3) and bound with it a layer of GaAs p + or n + -type of conductivity (layer forming a loop, 4). In the suspension, a loop made electrically conductive is metallized with layers of AuGe / Ni / Au with a thickness of 40/20/200 nm, respectively, or with Zn / Au layers with a thickness of 20/200 nm respectively,
Первый слой-обкладка первого типа проводимости 5 выполнен из AlGaInP или AlGaInAs p или n-типа проводимости, активный слой 6 выполнен из нелегированного AlGaInP или AlGaInAs, а второй слой-обкладка второго типа проводимости 7 выполнен из AlGaInP или AlGaInAs n-типа или p-типа проводимости.The first layer-lining of the
Между ансамблем слоев светоизлучающей структуры и изолирующим слоем 9, между светоизлучающей структурой и слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, 10 выполнен защитный слой 8 из GaAs n+ или p+-типа проводимости.Between the ensemble of layers of the light-emitting structure and the insulating
Изолирующий слой 9 светодиода выполнен из SiO2 или Si3N4 толщиной около 0,2 мкм.The insulating
Первый электрод светодиода выполнен в виде контактного слоя 12 в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 40/200 нм, второй электрод, контактирующий с подложкой, выполнен в составе слоев AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм или слоев Zn/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм. Слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 сформирован в составе слоев Ag/Au толщиной, соответственно, 20/200 нм.The first electrode of the LED is made in the form of a
Светодиод работает следующим образом.The LED works as follows.
Благодаря вышеприведенной разработанной конструкции работа предлагаемого светодиода ничем не отличается от светодиодов с традиционными конструкциями. При приложении напряжения и пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда - электроны и дырки - рекомбинируют в активном слое 6 с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).Thanks to the above developed design, the operation of the proposed LED is no different from LEDs with traditional designs. When voltage is applied and the electric current is passed through the p-n junction in the forward direction, the charge carriers - electrons and holes - recombine in the
При этом генерация света осуществляется в активном слое 6 светоизлучающей структуры, подвешенной на петле подвеса. Активный слой 6 в составе ансамбля слоев светоизлучающей структуры, расположенного между изолирующим слоем 9, покрытым контактным слоем 12 (первый электрод), и ветвью U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, лежащий на подложке, (см. Фиг.5в)) в процессе генерации света не участвует, поскольку он не в электрической цепи благодаря наличию изолирующего слоя 9.In this case, the generation of light is carried out in the
В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления способа изготовления светодиода с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры его осуществления.As information confirming the possibility of implementing the method of manufacturing an LED with the achievement of the specified technical result, we give the following examples of its implementation.
Пример 1.Example 1
При изготовлении светодиода осуществляют получение светоизлучающей структуры, первого электрода, расположенных с рабочей стороны подложки, формируют второй электрод, контактирующий с подложкой (см. Фиг.5). В качестве подложки 1 используют подложку GaAs n+-типа проводимости (100).In the manufacture of the LED, a light-emitting structure is obtained, the first electrode located on the working side of the substrate, form a second electrode in contact with the substrate (see Figure 5). As substrate 1, a GaAs substrate of n + -type conductivity (100) is used.
Сначала с рабочей стороны подложки 1 формируют связанный с подложкой многослойный пленочный элемент с использованием материалов, геометрии его слоев и встроенных механических напряжений, обеспечивающих получение светоизлучающей структуры и электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, лежащего на подложке одной ветвью и жестко связанного с подложкой, а другой ветвью, связанного со светоизлучающей структурой с подвешиванием на петле (см. Фиг.5а)). На стадии формирования пленочного элемента перед изготовлением слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями на подложке 1 изготавливают жертвенный слой 2 из AlAs толщиной 10 нм, n+-типа проводимости, с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3.First, on the working side of the substrate 1, a multilayer film element connected to the substrate is formed using materials, the geometry of its layers and built-in mechanical stresses, which provide a light-emitting structure and an electrically conductive U-shaped suspension transparent to the emitted light for a light-emitting structure lying on the substrate with one branch and rigidly connected to the substrate, and another branch associated with the light-emitting structure with hanging on a loop (see Fig.5A)). At the stage of formation of the film element, before the manufacture of a layer ensemble with built-in mechanical stresses on the substrate 1, a
Далее на стадии формирования пленочного элемента изготавливают последовательно слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, ансамбль слоев светоизлучающей структуры. В отношении последнего формируют два участка, расположенных друг относительно друга с зазором глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле. На участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры покрывают изолирующим слоем 9 (см. Фиг.5а)), на котором изготавливают первый электрод (см. Фиг.5б)). На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, изготавливают слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода (см. Фиг.5б)).Further, at the stage of formation of the film element, a sequentially layered ensemble with built-in mechanical stresses, an ensemble of layers of a light-emitting structure, are made. In relation to the latter, two sections are formed, located relative to each other with a gap depth to the layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining sections of the film element - the corresponding branch lying on the substrate, the corresponding branch associated with the light-emitting structure, and the corresponding loop. In the portion of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, the portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure is covered with an insulating layer 9 (see Fig. 5a)) on which the first electrode is made (see Fig. 5b)). On the portion of the film element corresponding to the branch associated with the light-emitting structure containing the second portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure, a
Слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, обеспечивающий получение электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, изготавливают в составе механически напряженного слоя (механически напряженный слой, образующий петлю, 3 (см. Фиг.5)) из InGaAs n+-типа проводимости и связанного с ним слоя (слой, образующий петлю, 4 (см. Фиг.5)) из GaAs n+-типа проводимости. Ансамбль слоев светоизлучающей структуры изготавливают в составе первого и второго слоев-обкладок (соответственно, слой-обкладка первого типа проводимости 5 и слой-обкладка второго типа проводимости 7 (см. Фиг.5)) с расположенным между ними активным слоем (активный слой, нелегированный, 6 (см. Фиг.5)), первый слой-обкладку выполняют из AlGaInP первого типа проводимости n-типа, активный слой выполняют, соответственно, из нелегированного AlGaInP с квантовыми ямами GaInP, а второй слой-обкладку выполняют, соответственно, из AlGaInP второго типа проводимости p+-типа. Первый слой-обкладку размещают на слое из GaAs n+-типа проводимости (слой, образующий петлю, 4 (см. Фиг.5)) слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, второй слой-обкладку снабжают защитным слоем 8 из GaAs p+-типа проводимости, на котором на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, лежащей на подложке 1, выполняют изолирующий слой 9 и слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 - на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой (см. Фиг.5б)).A layer ensemble with built-in mechanical stresses, which provides an electrically conductive, transparent for emitted light, U-shaped suspension for a light-emitting structure, is made up of a mechanically stressed layer (mechanically stressed layer forming a loop, 3 (see Figure 5)) from InGaAs n + -type of conductivity and the layer associated with it (loop-forming layer, 4 (see FIG. 5)) of GaAs n + -type of conductivity. The ensemble of layers of the light-emitting structure is made up of the first and second layer-layers (respectively, the layer-lining of the first type of
При формировании пленочного элемента, которое включает получение ансамбля слоев светоизлучающей структуры и в отношении последнего формирование двух участков, расположенных друг относительно друга с зазором, глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле, с покрытием на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участка ансамбля слоев светоизлучающей структуры изолирующим слоем 9 и изготовлением на последнем первого электрода, с изготовлением на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10, толщину пленочного элемента задают от 6×10-8 м - на участке пленочного элемента, соответствующем петле, до 10-5 м - на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви.When forming a film element, which includes obtaining an ensemble of layers of a light-emitting structure and in relation to the latter, the formation of two sections located relative to each other with a gap depth to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining sections of the film element - the corresponding branch lying on the substrate, the corresponding branch associated with the light-emitting structure, and the corresponding loop, with a coating on the area of the film element corresponding to lying on the substrate a branch of a section of the ensemble of layers of the light-emitting structure with an insulating
Рисунки слоев пленочного элемента формируют литографически, после изготовления ансамбля слоев светоизлучающей структуры. Используя литографию, изготавливают изолирующий слой 9 на площади участка пленочного элемента, соответствующего лежащей на подложке ветви. При формировании изолирующего слоя 9 сначала удаляют окисел с поверхности в HCl:H2O в течение примерно 1 мин, затем наносят диэлектрик SiO2 толщиной около 0,2 мкм, проводят литографию для вскрытия окон, используя травление в HF:H2O в течение примерно 1 мин. Слой диэлектрика с остальной площади пленочного элемента удаляют. Далее изготавливают первый электрод - контактный слой 12. Проводят литографию для задания рисунка контактного слоя 12 и металлизацию в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 40/200 нм. После чего осуществляют «взрыв».Drawings of the layers of the film element are formed lithographically, after the manufacture of the ensemble of layers of the light-emitting structure. Using lithography, an insulating
Затем выполняют зазор и получают указанные участки посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, с достижением расстояния между участками, равным πR, R - радиус кривизны петли, или другого расстояния, обеспечивающего в дальнейшем расположение светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, в контакте с первым электродом, который получают на изолирующем слое нанесением контактного слоя из металла с использованием литографии. Литографией задают рисунок участка пленочного элемента, соответствующего петле. Осуществляют травление сначала в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 4 мин, затем в HF:H2O (1:10) примерно в течение 1 мин.Then a gap is made and the indicated sections are obtained by lithography and etching a window with a depth of up to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, reaching the distance between the sections equal to πR, R is the radius of curvature of the loop, or another distance, which further ensures the location of the light-emitting structure with the layer performing the function of the mirror and heat sink, in contact with the first electrode, which is obtained on the insulating layer by applying a contact layer of metal using lithography. Lithography sets the pattern of the portion of the film element corresponding to the loop. Etching is carried out first in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 4 minutes, then in HF: H 2 O (1:10) for about 1 minute.
После чего задают общую форму, контур, многослойного пленочного элемента. Проводят литографию для задания общей формы мезо-структуры. Осуществляют травление до подложки 1 в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 4 мин.After that, the general shape, contour, of the multilayer film element is set. A lithography is carried out to specify the general form of the meso structure. Etching to substrate 1 is carried out in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 4 minutes.
Затем изготавливают второй электрод, контактирующий с подложкой 1. Его изготавливают с тыловой стороны подложки 1 в составе слоев AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм. На нерабочую сторону подложки 1 напыляют указанные слои и проводят высокотемпературную обработку для вплавления при температуре 400***С в течение 10 минут в атмосфере инертного газа.Then, a second electrode is produced that is in contact with the substrate 1. It is made from the rear side of the substrate 1 as a part of layers of AuGe / Ni / Au with a thickness of 40/20/200 nm, respectively. These layers are sprayed onto the non-working side of the substrate 1 and high-temperature treatment is carried out for melting at a temperature of 400 *** C for 10 minutes in an inert gas atmosphere.
Далее изготавливают слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, из металла, с использованием литографии. Проводят литографию для задания рисунка и металлизацию в составе слоев Ag/Au толщиной, соответственно, 40/200 нм. После чего осуществляют «взрыв».Next, a
Затем пленочный элемент частично отделяют от подложки 1, оставляя его связанным на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, на котором выполнен участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, покрытый изолирующим слоем 9 с изготовленным на нем первым электродом, трансформируя под действием встроенных механических напряжений слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями в U-образный подвес с петлей и расположением получаемой светоизлучающей структуры из ансамбля слоев светоизлучающей структуры между ветвями, путем отделения пленочного элемента от подложки 1, переворота ансамбля слоев светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, 10 и размещения последним в контакте с первым электродом с образованием жесткой связи за счет эффекта слипания при приведении слоев в контакт. Пленочный элемент отделяют от подложки путем селективного бокового травления жертвенного слоя со стороны участка пленочного элемента, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой. Жертвенный слой травят в HF, затем осуществляют промывание и высушивание. Таким образом, светоизлучающая структура - перевернутый относительно подложки ансамбль слоев светоизлучающей структуры.Then, the film element is partially separated from the substrate 1, leaving it connected in the region of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, on which the section of the ensemble of layers of the light-emitting structure is made, covered with an insulating
Пример 2.Example 2
При изготовлении светодиода осуществляют получение светоизлучающей структуры, первого электрода, расположенных с рабочей стороны подложки, формируют второй электрод, контактирующий с подложкой (см. Фиг.5). В качестве подложки 1 используют подложку GaAs p+-типа проводимости (100).In the manufacture of the LED, a light-emitting structure is obtained, the first electrode located on the working side of the substrate, form a second electrode in contact with the substrate (see Figure 5). As the substrate 1, a GaAs p + -type conductivity substrate (100) is used.
Сначала с рабочей стороны подложки 1 формируют связанный с подложкой многослойный пленочный элемент с использованием материалов, геометрии его слоев и встроенных механических напряжений, обеспечивающих получение светоизлучающей структуры и электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, лежащего на подложке одной ветвью и жестко связанного с подложкой, а другой ветвью, связанного со светоизлучающей структурой с подвешиванием на петле (см. Фиг.5а)). На стадии формирования пленочного элемента перед изготовлением слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями на подложке 1 изготавливают жертвенный слой 2 из AlAs толщиной 12 нм, p+-типа проводимости, с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3.First, on the working side of the substrate 1, a multilayer film element connected to the substrate is formed using materials, the geometry of its layers and built-in mechanical stresses, which provide a light-emitting structure and an electrically conductive U-shaped suspension transparent to the emitted light for a light-emitting structure lying on the substrate with one branch and rigidly connected to the substrate, and another branch associated with the light-emitting structure with hanging on a loop (see Fig.5A)). At the stage of formation of the film element, before the manufacture of the layer ensemble with built-in mechanical stresses on the substrate 1, a
Далее на стадии формирования пленочного элемента изготавливают последовательно слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, ансамбль слоев светоизлучающей структуры. В отношении последнего формируют два участка, расположенных друг относительно друга с зазором глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле. На участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры покрывают изолирующим слоем 9 (см. Фиг.5а)), на котором изготавливают первый электрод (см. Фиг.5б)). На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, изготавливают слой 10, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода (см. Фиг.5б)).Further, at the stage of formation of the film element, a sequentially layered ensemble with built-in mechanical stresses, an ensemble of layers of a light-emitting structure, are made. In relation to the latter, two sections are formed, located relative to each other with a gap depth to the layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining sections of the film element - the corresponding branch lying on the substrate, the corresponding branch associated with the light-emitting structure, and the corresponding loop. In the portion of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, the portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure is covered with an insulating layer 9 (see Fig. 5a)) on which the first electrode is made (see Fig. 5b)). On the portion of the film element corresponding to the branch associated with the light-emitting structure containing the second portion of the ensemble of layers of the light-emitting structure, a
Слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, обеспечивающий получение электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, изготавливают в составе механически напряженного слоя (механически напряженный слой, образующий петлю, 3 (см. Фиг.5)) из In0,2Ga0,8As p+-типа проводимости, толщиной 10 нм с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3 и связанного с ним% слоя 4 (слой, образующий петлю (см. Фиг.5)) из GaAs p+-типа проводимости, толщиной 20 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3, на котором формируют дополнительный слой из GaAs p++-типа проводимости, толщиной 10 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1020 см-3. Последний слой изготавливают для улучшения контакта при последующей металлизации петли. Ансамбль слоев светоизлучающей структуры изготавливают в составе первого и второго слоев-обкладок (соответственно, слой-обкладка первого типа проводимости 5 и слой-обкладка второго типа проводимости 7 (см. Фиг.5)) с расположенным между ними активным слоем (активный слой, нелегированный, 6.(см. Фиг.5)). Первый слой-обкладку выполняют из AlGaInAs - Al0,6Ga0,4As первого типа проводимости - p-типа с концентрацией свободных носителей заряда около 1018 см-3, толщиной 100 нм. Активный слой выполняют, соответственно, из нелегированного AlGaInAs в составе системы слоев, содержащей квантовые ямы GaAs. Так, его выполняют в составе следующей последовательности: Al0,2Ga0,8As толщиной 20 нм; три пары из слоя квантовой ямы GaAs толщиной 10 нм и слоя барьера Al0,2Ga0,8As толщиной 6 нм; Al0,2Ga0,8As толщиной 14 нм. Второй слой-обкладку выполняют, соответственно, из AlGaInAs - Al0,35Ga0,65As второго типа проводимости - n-типа, толщиной 100 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1018 см-3. Первый слой-обкладку размещают на слое, образующем петлю, 4 (см. Фиг.5)) слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, выполняя на нем указанный вспомогательный слой. Второй слой-обкладку снабжают защитным слоем 8 из GaAs n+-типа проводимости, толщиной 20 нм с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3, на котором также дополнительно, для улучшения контакта при выполнении последующего слоя из металла (слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10), изготавливают слой из GaAs p++-типа проводимости, толщиной 10 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1020 см-3. На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, лежащей на подложке 1, выполняют изолирующий слой 9 и слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 - на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой (см. Фиг.5б)).A layer ensemble with built-in mechanical stresses, which provides an electrically conductive, transparent for emitted light, U-shaped suspension for a light-emitting structure, is made up of a mechanically stressed layer (mechanically stressed layer forming a loop, 3 (see Figure 5)) from In 0, 2 Ga 0.8 As p + -type conductivity, 10 nm thick with a concentration of free charge carriers of about 10 19 cm -3 and associated% layer 4 (layer forming a loop (see Figure 5)) from GaAs p + conductivity type, 20 nm thick, with a concentration of free nose charge carriers of about 10 19 cm -3 , on which an additional layer of GaAs p ++ conductivity type is formed, 10 nm thick, with a concentration of free charge carriers of about 10 20 cm -3 . The last layer is made to improve contact during subsequent metallization of the loop. The ensemble of layers of the light-emitting structure is made up of the first and second layer-layers (respectively, the layer-lining of the first type of
При формировании пленочного элемента, которое включает получение ансамбля слоев светоизлучающей структуры и в отношении последнего формирование двух участков, расположенных друг относительно друга с зазором, глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле, с покрытием на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участка ансамбля слоев светоизлучающей структуры изолирующим слоем 9 и изготовлением на последнем первого электрода, с изготовлением на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10, толщину пленочного элемента задают от 5,2×10-8 м - на участке пленочного элемента, соответствующем петле, до 0,675×10-6 м - на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви.When forming a film element, which includes obtaining an ensemble of layers of a light-emitting structure and in relation to the latter, the formation of two sections located relative to each other with a gap depth to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining sections of the film element - the corresponding branch lying on the substrate, the corresponding branch associated with the light-emitting structure, and the corresponding loop, with a coating on the area of the film element corresponding to lying on the substrate a branch of a section of the ensemble of layers of the light-emitting structure with an insulating
Рисунки слоев пленочного элемента формируют литографически, после изготовления ансамбля слоев светоизлучающей структуры. Используя литографию, изготавливают изолирующий слой 9 на площади участка пленочного элемента, соответствующего лежащей на подложке ветви. При формировании изолирующего слоя 9 сначала удаляют окисел с поверхности в HCl:H2O в течение примерно 1 мин, затем наносят диэлектрик SiO2 толщиной около 0,2 мкм, проводят литографию для вскрытия окон, используя травление в HF:H2O в течение примерно 1 мин. Далее изготавливают первый электрод -контактный слой 12. Проводят литографию для задания рисунка контактного слоя 12 и металлизацию в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 20/100 нм. После чего осуществляют «взрыв».Drawings of the layers of the film element are formed lithographically, after the manufacture of the ensemble of layers of the light-emitting structure. Using lithography, an insulating
Затем выполняют зазор и получают указанные участки посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, с достижением расстояния между участками, равным πR, R - радиус кривизны петли, или другого расстояния, обеспечивающего в дальнейшем расположение светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, в контакте с первым электродом, который получают на изолирующем слое нанесением контактного слоя из металла с использованием литографии. Литографией задают рисунок участка пленочного элемента, соответствующего петле. Осуществляют травление сначала в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 4 мин, затем в HF:H2O (1:10) примерно в течение 1 мин для удаления стоп-слоя (в качестве стоп-слоя служит слой из AlGaAs с содержанием Al не менее 40%).Then a gap is made and the indicated sections are obtained by lithography and etching a window with a depth of up to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, reaching the distance between the sections equal to πR, R is the radius of curvature of the loop, or another distance, which further ensures the location of the light-emitting structure with the layer performing the function of the mirror and heat sink, in contact with the first electrode, which is obtained on the insulating layer by applying a contact layer of metal using lithography. Lithography sets the pattern of the portion of the film element corresponding to the loop. Etching is carried out first in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 4 minutes, then in HF: H 2 O (1:10) for about 1 minute to remove the feet -layer (an AlGaAs layer with an Al content of at least 40% serves as a stop layer).
После чего задают общую форму, контур, многослойного пленочного элемента. Проводят литографию для задания общей формы мезо-структуры. Осуществляют травление до подложки 1 в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 6 мин.After that, the general shape, contour, of the multilayer film element is set. A lithography is carried out to specify the general form of the meso structure. Etching to substrate 1 is carried out in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 6 minutes.
Затем изготавливают второй электрод, контактирующий с подложкой 1. Его изготавливают с тыловой стороны подложки 1 в составе слоев AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм. На нерабочую сторону подложки 1 напыляют указанные слои и проводят высокотемпературную обработку для вплавления при температуре 400°C в течение 10 минут в атмосфере инертного газа.Then, a second electrode is produced that is in contact with the substrate 1. It is made from the rear side of the substrate 1 as a part of layers of AuGe / Ni / Au with a thickness of 40/20/200 nm, respectively. These layers are sprayed onto the non-working side of the substrate 1 and a high-temperature treatment is carried out for melting at a temperature of 400 ° C for 10 minutes in an inert gas atmosphere.
После выполнения зазора и получения указанных участков посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, последний дополнительно металлизируют, напыляя в окна металл, используя при этом литографию. Проводят литографию, напыляют AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм, осуществляют «взрыв».After completing the gap and obtaining the indicated areas by lithography and etching the window to the depth of a layer ensemble with built-in mechanical stresses, the latter is additionally metallized by spraying metal into the windows, using lithography. Lithography is carried out, AuGe / Ni / Au is deposited with a thickness of 40/20/200 nm, respectively, and an “explosion” is carried out.
Далее изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 из металла, с использованием литографии. Проводят литографию для задания рисунка и металлизацию в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 20/100 нм. После чего осуществляют «взрыв».Next, make a layer that performs the function of a mirror and heat sink, 10 of metal, using lithography. A lithography is carried out to set the pattern and metallization in the composition of Ti / Au layers with a thickness of 20/100 nm, respectively. Then carry out the "explosion".
Затем пленочный элемент частично отделяют от подложки 1, оставляя его связанным на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, на котором выполнен участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, покрытый изолирующим слоем 9 с изготовленным на нем первым электродом, трансформируя под действием встроенных механических напряжений слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями в U-образный подвес с петлей и расположением получаемой светоизлучающей структуры из ансамбля слоев светоизлучающей структуры между ветвями, путем отделения пленочного элемента от подложки 1, переворота ансамбля слоев светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, 10 и размещения последним в контакте с первым электродом с образованием жесткой связи за счет эффекта слипания при приведении слоев в контакт. Пленочный элемент отделяют от подложки путем селективного бокового травления жертвенного слоя со стороны участка пленочного элемента, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой. Жертвенный слой травят в HF, затем осуществляют промывание и высушивание. Таким образом, светоизлучающая структура - перевернутый относительно подложки ансамбль слоев светоизлучающей структуры.Then, the film element is partially separated from the substrate 1, leaving it connected in the region of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, on which the section of the ensemble of layers of the light-emitting structure is made, covered with an insulating
Пример 3.Example 3
При изготовлении светодиода осуществляют получение светоизлучающей структуры, первого электрода, расположенных с рабочей стороны подложки, формируют второй электрод, контактирующий с подложкой (см. Фиг.5). В качестве подложки 1 используют подложку GaAs p+-типа проводимости (100).In the manufacture of the LED, a light-emitting structure is obtained, the first electrode located on the working side of the substrate, form a second electrode in contact with the substrate (see Figure 5). As the substrate 1, a GaAs p + -type conductivity substrate (100) is used.
Сначала с рабочей стороны подложки 1 формируют связанный с подложкой многослойный пленочный элемент с использованием материалов, геометрии его слоев и встроенных механических напряжений, обеспечивающих получение светоизлучающей структуры и электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, лежащего на подложке одной ветвью и жестко связанного с подложкой, а другой ветвью, связанного со светоизлучающей структурой с подвешиванием на петле (см. Фиг.5а)). На стадии формирования пленочного элемента перед изготовлением слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями на подложке 1 изготавливают жертвенный слой 2 из AlAs толщиной 30 нм, p+-типа проводимости, с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3.First, on the working side of the substrate 1, a multilayer film element connected to the substrate is formed using materials, the geometry of its layers and built-in mechanical stresses, which provide a light-emitting structure and an electrically conductive U-shaped suspension transparent to the emitted light for a light-emitting structure lying on the substrate with one branch and rigidly connected to the substrate, and another branch associated with the light-emitting structure with hanging on a loop (see Fig.5A)). At the stage of formation of the film element, before the fabrication of the layer ensemble with built-in mechanical stresses on the substrate 1, a
Далее на стадии формирования пленочного элемента изготавливают последовательно слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, ансамбль слоев светоизлучающей структуры. Кроме того, в этом же процессе, после получения последнего изготавливают нелегированные слои, сначала Al0,6Ga0,4As толщиной 100 нм, затем - GaAs толщиной 100 нм, их изготавливают для получения изолирующего слоя 9. В отношении ансамбля слоев светоизлучающей структуры формируют два участка, расположенных друг относительно друга с зазором глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле. На участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры покрывают изолирующим слоем 9 (см. Фиг.5а)), на котором изготавливают первый электрод (см. Фиг.5б)). На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 (см. Фиг.5б)).Further, at the stage of formation of the film element, a sequentially layered ensemble with built-in mechanical stresses, an ensemble of layers of a light-emitting structure, are made. In addition, in the same process, after obtaining the latter, undoped layers are made, first Al 0.6 Ga 0.4 As 100 nm thick, then GaAs 100 nm thick, they are made to obtain an insulating
Слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, обеспечивающий получение электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, изготавливают в составе механически напряженного слоя (механически напряженный слой, образующий петлю, 3 (см. Фиг.5)) из In0,2Ga0,8As p+-типа проводимости, толщиной 10 нм с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3 и связанного с ним слоя (слой, образующий петлю, 4 (см. Фиг.5)) из GaAs p+-типа проводимости, толщиной 20 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3, на котором формируют дополнительный слой из GaAs p++-типа проводимости, толщиной 10 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1020 см-3. Последний слой изготавливают для улучшения контакта при последующей металлизации петли. Ансамбль слоев светоизлучающей структуры изготавливают в составе первого и второго слоев-обкладок (соответственно, слой-обкладка первого типа проводимости 5 и слой-обкладка второго типа проводимости 7 (см. Фиг.5)) с расположенным между ними активным слоем (активный слой, нелегированный, 6 (см. Фиг.5)). Первый слой-обкладку выполняют из AlGaInAs - Al0,6Ga0,4As первого типа проводимости - p-типа с концентрацией свободных носителей заряда около 2×1018 см-3, толщиной 100 нм. Активный слой выполняют, соответственно, из нелегированного AlGaInAs в составе системы слоев, содержащей квантовые ямы GaAs. Так, его выполняют в составе следующей последовательности: Al0,2Ga0,8As толщиной 20 нм; три пары из слоя квантовой ямы GaAs толщиной 10 нм и слоя барьера Al0,2Ga0,8As толщиной 6 нм; Al0,2Ga0,8As толщиной 14 нм. Второй слой-обкладку выполняют, соответственно, из AlGaInAs - Al0,35Ga0,65As второго типа проводимости - n-типа, толщиной 100 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 2×1018 см-3. Первый слой-обкладку размещают на слое, образующем петлю, 4 (см. Фиг.5)) слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, выполняя на нем указанный вспомогательный слой. Второй слой-обкладку снабжают защитным слоем 8 из GaAs n+-типа проводимости, толщиной 20 нм с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3, на котором также дополнительно, для улучшения контакта при выполнении последующего слоя из металла (слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10), изготавливают слой из GaAs p++-типа проводимости, толщиной 10 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1020 см-3. На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, лежащей на подложке 1, выполняют изолирующий слой 9 и слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 - на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой (см. Фиг.5б)).A layer ensemble with built-in mechanical stresses, which provides an electrically conductive, transparent for emitted light, U-shaped suspension for a light-emitting structure, is made up of a mechanically stressed layer (mechanically stressed layer forming a loop, 3 (see Figure 5)) from In 0, 2 Ga 0.8 As p + -type conductivity, 10 nm thick with a concentration of free charge carriers of about 10 19 cm -3 and the layer associated with it (layer forming a loop, 4 (see Figure 5)) from GaAs p + conductivity type, 20 nm thick, with a concentration of free nose charge carriers of about 10 19 cm -3 , on which an additional layer of GaAs p ++ conductivity type is formed, 10 nm thick, with a concentration of free charge carriers of about 10 20 cm -3 . The last layer is made to improve contact during subsequent metallization of the loop. The ensemble of layers of the light-emitting structure is made up of the first and second layer-layers (respectively, the layer-lining of the first type of
При формировании пленочного элемента, которое включает получение ансамбля слоев светоизлучающей структуры и в отношении последнего формирование двух участков, расположенных друг относительно друга с зазором, глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле, с покрытием на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участка ансамбля слоев светоизлучающей структуры изолирующим слоем 9 и изготовлением на последнем первого электрода, с изготовлением на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10, толщину пленочного элемента задают от 7,0×10-8 м - на участке пленочного элемента, соответствующем петле, до 0,604×10-6 м - на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви.When forming a film element, which includes obtaining an ensemble of layers of a light-emitting structure and in relation to the latter, the formation of two sections located relative to each other with a gap depth to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining sections of the film element - the corresponding branch lying on the substrate, the corresponding branch associated with the light-emitting structure, and the corresponding loop, with a coating on the area of the film element corresponding to lying on the substrate a branch of a section of the ensemble of layers of the light-emitting structure with an insulating
Рисунки слоев пленочного элемента формируют литографически, после изготовления ансамбля слоев светоизлучающей структуры и формирования слоев для изготовления изолирующего слоя 9 - нелегированные слои: Al0,6Ga0,4As толщиной 100 нм, GaAs, толщиной 100 нм. Используя литографию, изготавливают изолирующий слой 9 на площади участка пленочного элемента, соответствующего лежащей на подложке ветви. При формировании изолирующего слоя 9 сначала литографией задают его рисунок и одновременно рисунок контактного слоя 12, затем проводят горячую обработку (при температуре 60÷70°C) в H2O2 в течение примерно 1 мин. для окисления поверхности. Далее на полученном таким образом изолирующем слое 9 изготавливают первый электрод - контактный слой 12. Проводят металлизацию напылением слоев Ni/Al/Au толщиной, соответственно, 2/20/100 нм. После чего осуществляют «взрыв».The layer patterns of the film element are formed lithographically, after the ensemble of layers of the light-emitting structure and the formation of layers for the manufacture of the insulating
Затем выполняют зазор и получают указанные участки посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, с достижением расстояния между участками, равным πR, R - радиус кривизны петли, или другого расстояния, обеспечивающего в дальнейшем расположение светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, в контакте с первым электродом, который получают на изолирующем слое нанесением контактного слоя из металла с использованием литографии. Литографией задают рисунок участка пленочного элемента, соответствующего петле. Осуществляют травление сначала в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 6,5 мин., затем в HF:H2O (1:10) примерно в течение 1 мин для удаления стоп-слоя (в качестве стоп-слоя служит слой из AlGaAs с содержанием Al не менее 40%).Then a gap is made and the indicated sections are obtained by lithography and etching a window with a depth of up to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, reaching the distance between the sections equal to πR, R is the radius of curvature of the loop, or another distance, which further ensures the location of the light-emitting structure with the layer performing the function of the mirror and heat sink, in contact with the first electrode, which is obtained on the insulating layer by applying a contact layer of metal using lithography. Lithography sets the pattern of the portion of the film element corresponding to the loop. Etching is carried out first in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 6.5 minutes, then in HF: H 2 O (1:10) for about 1 minute to remove the stop layer (as a stop layer, an AlGaAs layer with an Al content of at least 40% is used).
После чего задают общую форму, контур, многослойного пленочного элемента. Проводят литографию для задания общей формы мезо-структуры. Осуществляют травление до подложки 1 в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 8 мин.After that, the general shape, contour, of the multilayer film element is set. A lithography is carried out to specify the general form of the meso structure. Etching to substrate 1 in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) is carried out for about 8 minutes.
Затем изготавливают второй электрод, контактирующий с подложкой 1. Его изготавливают с тыловой стороны подложки 1 в составе слоев AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм. На нерабочую сторону подложки 1 напыляют указанные слои и проводят высокотемпературную обработку для вплавления при температуре 400°C в течение 10 минут в атмосфере инертного газа.Then, a second electrode is produced that is in contact with the substrate 1. It is made from the rear side of the substrate 1 as a part of layers of AuGe / Ni / Au with a thickness of 40/20/200 nm, respectively. These layers are sprayed onto the non-working side of the substrate 1 and a high-temperature treatment is carried out for melting at a temperature of 400 ° C for 10 minutes in an inert gas atmosphere.
После выполнения зазора и получения указанных участков посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, последний дополнительно металлизируют, напыляя в окна металл, используя при этом литографию. Проводят литографию, напыляют AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм, осуществляют «взрыв».After completing the gap and obtaining the indicated areas by lithography and etching the window to the depth of a layer ensemble with built-in mechanical stresses, the latter is additionally metallized by spraying metal into the windows, using lithography. Lithography is carried out, AuGe / Ni / Au is deposited with a thickness of 40/20/200 nm, respectively, and an “explosion” is carried out.
Далее изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 из металла, с использованием литографии. Проводят литографию в отношении нелегированных слоев - Al0,6Ga0,4As толщиной 100 нм, GaAs толщиной 100 нм - для задания рисунка. Осуществляют травление в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 2 мин до стоп-слоя (в качестве стоп-слоя служит слой из AlGaAs с содержанием А1 не менее 40%). Удаляют стоп-слой в HF:H2O (1:10) примерно в течение 1 мин. Осуществляют металлизацию в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 20/100 нм. После чего осуществляют «взрыв».Next, make a layer that performs the function of a mirror and heat sink, 10 of metal, using lithography. A lithography is performed on undoped layers — Al 0.6 Ga 0.4 As 100 nm thick, GaAs 100 nm thick — to specify the pattern. Etching is carried out in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 2 minutes to the stop layer (an AlGaAs layer with an A1 content of at least 40% is used as the stop layer) . Remove the stop layer in HF: H 2 O (1:10) for about 1 minute. Metallization is carried out in the composition of Ti / Au layers with a thickness of 20/100 nm, respectively. Then carry out the "explosion".
Затем пленочный элемент частично отделяют от подложки 1, оставляя его связанным на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, на котором выполнен участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, покрытый изолирующим слоем 9 с изготовленным на нем первым электродом, трансформируя под действием встроенных механических напряжений слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями в U-образный подвес с петлей и расположением получаемой светоизлучающей структуры из ансамбля слоев светоизлучающей структуры между ветвями, путем отделения пленочного элемента от подложки 1, переворота ансамбля слоев светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, 10 и размещения последним в контакте с первым электродом с образованием жесткой связи за счет эффекта слипания при приведении слоев в контакт. Пленочный элемент отделяют от подложки путем селективного бокового травления жертвенного слоя со стороны участка пленочного элемента, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой. Жертвенный слой травят в HF, затем осуществляют промывание и высушивание. Таким образом, светоизлучающая структура - перевернутый относительно подложки ансамбль слоев светоизлучающей структуры.Then, the film element is partially separated from the substrate 1, leaving it connected in the region of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, on which the section of the ensemble of layers of the light-emitting structure is made, covered with an insulating
В изложенном примере реализации изоляция активного слоя ансамбля слоев светоизлучающей структуры на участке пленочного элемента, соответствующей лежащей на подложке ветви, от контактных полей осуществлялась выращиванием после формирования активного слоя нелегированных слоев AlGaAs и GaAs. Металлическая пленка, образующая контактные поля, создает барьер Шоттки при напылении на нелегированный GaAs. Для локального удаления этих слоев и обнажения активного слоя выполнялись литография и травление, аналогичные по смыслу вскрытию окон в маске SiO2 в предыдущем примере реализации. В изложенном примере реализации все три травления производились на разную глубину от поверхности исходного объекта - гетероструктуры: для формирования участка пленочного элемента, соответствующего петле; до подложки; для обнажения сильно легированного слоя для изготовления слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода.In the described implementation example, isolation of the active layer of the ensemble of layers of the light-emitting structure on the portion of the film element corresponding to the branch lying on the substrate from the contact fields was carried out by growing, after the formation of the active layer, undoped AlGaAs and GaAs layers. The metal film forming the contact fields creates a Schottky barrier when sputtering on undoped GaAs. To locally remove these layers and expose the active layer, lithography and etching were performed, similar in meaning to opening windows in a SiO 2 mask in the previous implementation example. In the described implementation example, all three etchings were carried out at different depths from the surface of the original object — the heterostructure: to form a portion of the film element corresponding to the loop; to the substrate; to expose a heavily doped layer for the manufacture of a layer that acts as a mirror and heat sink.
В следующем примере реализации - примере 4 - нелегированные слои AlGaAs и GaAs, предназначенные для получения изолирующего слоя 9, после изготовления последнего удаляются относительно всей остальной площади пленочного элемента травлением их до сильно легированного слоя GaAs, после чего выполняют два травления от поверхности сильно легированного слоя GaAs на разную глубину: для формирования участка пленочного элемента, соответствующего петле; до подложки.In the following implementation example, example 4, undoped AlGaAs and GaAs layers, intended to obtain an insulating
Пример 4.Example 4
При изготовлении светодиода осуществляют получение светоизлучающей структуры, первого электрода, расположенных с рабочей стороны подложки, формируют второй электрод, контактирующий с подложкой (см. Фиг.5). В качестве подложки 1 используют подложку GaAs p+-типа проводимости (100).In the manufacture of the LED, a light-emitting structure is obtained, the first electrode located on the working side of the substrate, form a second electrode in contact with the substrate (see Figure 5). As the substrate 1, a GaAs p + -type conductivity substrate (100) is used.
Сначала с рабочей стороны подложки 1 формируют связанный с подложкой многослойный пленочный элемент с использованием материалов, геометрии его слоев и встроенных механических напряжений, обеспечивающих получение светоизлучающей структуры и электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, лежащего на подложке одной ветвью и жестко связанного с подложкой, а другой ветвью, связанного со светоизлучающей структурой с подвешиванием на петле (см. Фиг.5а)). На стадии формирования пленочного элемента перед изготовлением слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями на подложке 1 изготавливают жертвенный слой 2 из AlAs толщиной 30 нм, p+-типа проводимости, с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3.First, on the working side of the substrate 1, a multilayer film element connected to the substrate is formed using materials, the geometry of its layers and built-in mechanical stresses, which provide a light-emitting structure and an electrically conductive U-shaped suspension transparent to the emitted light for a light-emitting structure lying on the substrate with one branch and rigidly connected to the substrate, and another branch associated with the light-emitting structure with hanging on a loop (see Fig.5A)). At the stage of formation of the film element, before the fabrication of the layer ensemble with built-in mechanical stresses on the substrate 1, a
Далее на стадии формирования пленочного элемента изготавливают последовательно слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, ансамбль слоев светоизлучающей структуры. Кроме того, в этом же процессе, после получения последнего изготавливают нелегированные слои, сначала Al0,6Ga0,4As толщиной 100 нм, затем - GaAs толщиной 100 нм, их изготавливают для получения изолирующего слоя 9. В отношении ансамбля слоев светоизлучающей структуры формируют два участка, расположенных друг относительно друга с зазором глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле. На участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры покрывают изолирующим слоем 9 (см. Фиг.5а)), на котором изготавливают первый электрод (см. Фиг.5б)). На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 (см. Фиг.5б)).Further, at the stage of formation of the film element, a sequentially layered ensemble with built-in mechanical stresses, an ensemble of layers of a light-emitting structure, are made. In addition, in the same process, after obtaining the latter, undoped layers are made, first Al 0.6 Ga 0.4 As 100 nm thick, then GaAs 100 nm thick, they are made to obtain an insulating
Слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями, обеспечивающий получение электропроводящего, прозрачного для излучаемого света U-образного подвеса для светоизлучающей структуры, изготавливают в составе механически напряженного слоя (механически напряженный слой, образующий петлю, 3 (см. Фиг.5)) из In0,2Ga0,8As p+-типа проводимости, толщиной 10 нм с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3 и связанного с ним слоя (слой, образующий петлю, 4 (см. Фиг.5)) из GaAs p+-типа проводимости, толщиной 20 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3, на котором формируют дополнительный слой из GaAs p++-типа проводимости, толщиной 10 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1020 см-3. Последний слой изготавливают для улучшения контакта при последующей металлизации петли. Ансамбль слоев светоизлучающей структуры изготавливают в составе первого и второго слоев-обкладок (соответственно, слой-обкладка первого типа проводимости 5 и слой-обкладка второго типа проводимости 7 (см. Фиг.5)) с расположенным между ними активным слоем (активный слой, нелегированный, 6 (см. Фиг.5)). Первый слой-обкладку выполняют из AlGaInAs - Al0,6Ga0,4As первого типа проводимости - p-типа с концентрацией свободных носителей заряда около 2×1018 см-3, толщиной 100 нм. Активный слой выполняют, соответственно, из нелегированного AlGaInAs в составе системы слоев, содержащей квантовые ямы GaAs. Так, его выполняют в составе следующей последовательности: слой Al0,2Ga0,8As толщиной 20 нм; три пары из слоя квантовой ямы GaAs толщиной 10 нм и слоя барьера Al0,2Ga0,8As толщиной 6 нм; слой Al0,2Ga0,8As толщиной 14 нм. Второй слой-обкладку выполняют, соответственно, из AlGaInAs - Al0,35Ga0,65As второго типа проводимости - n-типа, толщиной 100 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 2×1018 см-3. Первый слой-обкладку размещают на слое, образующем петлю, 4 (см. Фиг.5)) слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, выполняя на нем указанный вспомогательный слой. Второй слой-обкладку снабжают защитным слоем 8 из GaAs n+-типа проводимости, толщиной 20 нм с концентрацией свободных носителей заряда около 1019 см-3, на котором также дополнительно, для улучшения контакта при выполнении последующего слоя из металла (слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10), изготавливают слой из GaAs p++-типа проводимости, толщиной 10 нм, с концентрацией свободных носителей заряда около 1020 см-3. На участке пленочного элемента, соответствующем ветви, лежащей на подложке 1, выполняют изолирующий слой 9 и слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 - на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой (см. Фиг.5б)).A layer ensemble with built-in mechanical stresses, which provides an electrically conductive, transparent for emitted light, U-shaped suspension for a light-emitting structure, is made up of a mechanically stressed layer (mechanically stressed layer forming a loop, 3 (see Figure 5)) from In 0, 2 Ga 0.8 As p + -type conductivity, 10 nm thick with a concentration of free charge carriers of about 10 19 cm -3 and the layer associated with it (layer forming a loop, 4 (see Figure 5)) from GaAs p + conductivity type, 20 nm thick, with a concentration of free nose charge carriers of about 10 19 cm -3 , on which an additional layer of GaAs p ++ conductivity type is formed, 10 nm thick, with a concentration of free charge carriers of about 10 20 cm -3 . The last layer is made to improve contact during subsequent metallization of the loop. The ensemble of layers of the light-emitting structure is made up of the first and second layer-layers (respectively, the layer-lining of the first type of
При формировании пленочного элемента, которое включает получение ансамбля слоев светоизлучающей структуры и в отношении последнего формирование двух участков, расположенных друг относительно друга с зазором, глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, получая этим участки пленочного элемента - соответствующий лежащей на подложке ветви, соответствующий ветви, связанной со светоизлучающей структурой, и соответствующий петле, с покрытием на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, участка ансамбля слоев светоизлучающей структуры изолирующим слоем 9 и изготовлением на последнем первого электрода, с изготовлением на участке пленочного элемента, соответствующем ветви, связанной со светоизлучающей структурой, содержащем второй участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, слоя, выполняющего функцию зеркала и теплоотвода, 10, толщину пленочного элемента задают от 7,0×10-8 м - на участке пленочного элемента, соответствующем петле, до 0,604×10-6 м - на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви.When forming a film element, which includes obtaining an ensemble of layers of a light-emitting structure and in relation to the latter, the formation of two sections located relative to each other with a gap depth to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, thereby obtaining sections of the film element - the corresponding branch lying on the substrate, the corresponding branch associated with the light-emitting structure, and the corresponding loop, with a coating on the area of the film element corresponding to lying on the substrate a branch of a section of the ensemble of layers of the light-emitting structure with an insulating
Рисунки слоев пленочного элемента формируют литографически, после изготовления ансамбля слоев светоизлучающей структуры и формирования слоев для изготовления изолирующего слоя 9 - нелегированные слои: Al0,6Ga0,4As толщиной 100 нм, GaAs толщиной 100 нм. Используя литографию, изготавливают изолирующий слой 9 на площади участка пленочного элемента, соответствующего лежащей на подложке ветви. При формировании изолирующего слоя 9 сначала литографией задают его рисунок и одновременно рисунок контактного слоя 12, затем проводят горячую обработку (при температуре 60÷70°C) в H2O2 в течение примерно 1 мин для окисления поверхности. Далее на полученном таким образом изолирующем слое 9 изготавливают первый электрод - контактный слой 12. Проводят металлизацию напылением слоев Ni/Al/Au толщиной, соответственно, 2/20/100 нм. После чего осуществляют «взрыв».The layer patterns of the film element are formed lithographically, after the ensemble of layers of the light-emitting structure and the formation of layers for the manufacture of the insulating
Далее проводят литографию относительно нелегированных слоев: Al0,6Ga0,4As толщиной 100 нм, GaAs толщиной 100 нм, их стравливают. Осуществляют травление до стоп-слоя в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 2 мин, затем в HF:H2O (1:10) примерно в течение 1 мин для удаления стоп-слоя (в качестве стоп-слоя служит слой из AlGaAs с содержанием Al не менее 40%).Next, lithography of relatively undoped layers is carried out: Al 0.6 Ga 0.4 As 100 nm thick, GaAs 100 nm thick, etched. Etching to a stop layer is carried out in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 2 minutes, then in HF: H 2 O (1:10) for about 1 minute to remove the stop layer (as a stop layer, an AlGaAs layer with an Al content of at least 40% is used).
Затем выполняют зазор и получают указанные участки посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, с достижением расстояния между участками, равным πR, R - радиус кривизны петли, или другого расстояния, обеспечивающего в дальнейшем расположение светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, в контакте с первым электродом, который получают на изолирующем слое нанесением контактного слоя из металла с использованием литографии. Литографией задают рисунок участка пленочного элемента, соответствующего петле. Осуществляют травление сначала в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 4 мин, затем в HF:H2O (1:10) примерно в течение 1 мин для удаления стоп-слоя (в качестве стоп-слоя служит слой из AlGaAs с содержанием Al не менее 40%).Then a gap is made and the indicated sections are obtained by lithography and etching a window with a depth of up to a layer ensemble with built-in mechanical stresses, reaching the distance between the sections equal to πR, R is the radius of curvature of the loop, or another distance, which further ensures the location of the light-emitting structure with the layer performing the function of the mirror and heat sink, in contact with the first electrode, which is obtained on the insulating layer by applying a contact layer of metal using lithography. Lithography sets the pattern of the portion of the film element corresponding to the loop. Etching is carried out first in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 4 minutes, then in HF: H 2 O (1:10) for about 1 minute to remove the feet -layer (an AlGaAs layer with an Al content of at least 40% serves as a stop layer).
После чего задают общую форму, контур многослойного пленочного элемента. Проводят литографию для задания общей формы мезо-структуры. Осуществляют травление до подложки 1 в H3PO4:H2O2:H2O (3:1:50) в течение примерно 6 мин.Then set the general shape, the contour of the multilayer film element. A lithography is carried out to specify the general form of the meso structure. Etching to substrate 1 is carried out in H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (3: 1: 50) for about 6 minutes.
Затем изготавливают второй электрод, контактирующий с подложкой 1. Его изготавливают с тыловой стороны подложки 1 в составе слоев AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм. На нерабочую сторону подложки 1 напыляют указанные слои и проводят высокотемпературную обработку для вплавления при температуре 400°C в течение 10 минут в атмосфере инертного газа.Then, a second electrode is produced that is in contact with the substrate 1. It is made from the rear side of the substrate 1 as a part of layers of AuGe / Ni / Au with a thickness of 40/20/200 nm, respectively. These layers are sprayed onto the non-working side of the substrate 1 and a high-temperature treatment is carried out for melting at a temperature of 400 ° C for 10 minutes in an inert gas atmosphere.
После выполнения зазора и получения указанных участков посредством литографии и травления окна глубиной до слоевого ансамбля со встроенными механическими напряжениями, последний дополнительно металлизируют, напыляя в окна металл, используя при этом литографию. Проводят литографию, напыляют AuGe/Ni/Au толщиной, соответственно, 40/20/200 нм, осуществляют «взрыв».After completing the gap and obtaining the indicated areas by lithography and etching the window to the depth of a layer ensemble with built-in mechanical stresses, the latter is additionally metallized by spraying metal into the windows, using lithography. Lithography is carried out, AuGe / Ni / Au is deposited with a thickness of 40/20/200 nm, respectively, and an “explosion” is carried out.
Далее изготавливают слой, выполняющий функцию зеркала и теплоотвода, 10 из металла, с использованием литографии. Проводят литографию, задающую рисунок слоя. Удаляют с поверхности обнаженного сильно легированного слоя окисел в HCl:H2O примерно в течение 1 мин. Осуществляют металлизацию в составе слоев Ti/Au толщиной, соответственно, 20/100 нм. После чего осуществляют «взрыв».Next, make a layer that performs the function of a mirror and heat sink, 10 of metal, using lithography. A lithography is carried out specifying the pattern of the layer. The oxide in HCl: H 2 O is removed from the surface of the exposed heavily doped layer in about 1 minute. Metallization is carried out in the composition of Ti / Au layers with a thickness of 20/100 nm, respectively. Then carry out the "explosion".
Затем пленочный элемент частично отделяют от подложки 1, оставляя его связанным на участке пленочного элемента, соответствующем лежащей на подложке ветви, на котором выполнен участок ансамбля слоев светоизлучающей структуры, покрытый изолирующим слоем 9 с изготовленным на нем первым электродом, трансформируя под действием встроенных механических напряжений слоевой ансамбль со встроенными механическими напряжениями в U-образный подвес с петлей и расположением получаемой светоизлучающей структуры из ансамбля слоев светоизлучающей структуры между ветвями, путем отделения пленочного элемента от подложки 1, переворота ансамбля слоев светоизлучающей структуры со слоем, выполняющим функцию зеркала и теплоотвода, 10 и размещения последним в контакте с первым электродом с образованием жесткой связи за счет эффекта слипания при приведении слоев в контакт. Пленочный элемент отделяют от подложки путем селективного бокового травления жертвенного слоя со стороны участка пленочного элемента, соответствующего ветви, связанной со светоизлучающей структурой. Жертвенный слой травят в HF, затем осуществляют промывание и высушивание. Таким образом, светоизлучающая структура - перевернутый относительно подложки ансамбль слоев светоизлучающей структуры.Then, the film element is partially separated from the substrate 1, leaving it connected in the region of the film element corresponding to the branch lying on the substrate, on which the section of the ensemble of layers of the light-emitting structure is made, covered with an insulating
Для реализации способа изготовления был изготовлен комплект из пяти фотошаблонов (масок для оптической литографии). Проектирование выполнено с помощью Программы автоматического рисования оптических масок (ПАРОМ). Шаблоны изготовлены из Fe2O3 на стеклянной основе. Был проведен расчет профилей напряженных псевдоморфных гетероструктур с GaAs квантовыми ямами (длина волны излучаемого света около 850 нм) на n+-GaAs подложке и p+-GaAs подложке, а также с InGaP квантовыми ямами (длина волны излучаемого света около 650 нм) n+-GaAs подложке.To implement the manufacturing method, a set of five photomasks (masks for optical lithography) was made. Designing was performed using the Automatic Optical Mask Drawing Program (FERAM). Templates made of Fe 2 O 3 on a glass base. The profiles of stressed pseudomorphic heterostructures with GaAs quantum wells (wavelength of emitted light about 850 nm) on an n + -GaAs substrate and p + -GaAs substrate, as well as with InGaP quantum wells (wavelength of emitted light about 650 nm) n + -GaAs substrate.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108696/28A RU2553828C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Light-emitting diode and method of making same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108696/28A RU2553828C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Light-emitting diode and method of making same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2553828C1 true RU2553828C1 (en) | 2015-06-20 |
Family
ID=53433793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014108696/28A RU2553828C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Light-emitting diode and method of making same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2553828C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2793618C1 (en) * | 2022-10-13 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Infrared light-emitting heterodiode |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6794211B2 (en) * | 1998-12-02 | 2004-09-21 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Light emitting diode and method of fabricating thereof |
RU2267832C1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-01-10 | Александр Викторович Принц | Method for manufacturing micro- and nanodevices on local substrates |
US7199390B2 (en) * | 2005-08-26 | 2007-04-03 | Arima Optoelectronics Corp. | Window interface layer of a light-emitting diode |
US7683378B2 (en) * | 2005-02-25 | 2010-03-23 | Hitachi Cable, Ltd. | Light emitting diode and method for fabricating same |
-
2014
- 2014-03-05 RU RU2014108696/28A patent/RU2553828C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6794211B2 (en) * | 1998-12-02 | 2004-09-21 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Light emitting diode and method of fabricating thereof |
RU2267832C1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-01-10 | Александр Викторович Принц | Method for manufacturing micro- and nanodevices on local substrates |
US7683378B2 (en) * | 2005-02-25 | 2010-03-23 | Hitachi Cable, Ltd. | Light emitting diode and method for fabricating same |
US7199390B2 (en) * | 2005-08-26 | 2007-04-03 | Arima Optoelectronics Corp. | Window interface layer of a light-emitting diode |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2793618C1 (en) * | 2022-10-13 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Infrared light-emitting heterodiode |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102437828B1 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
KR100755591B1 (en) | Manufacturing method of nitride based light emitting device | |
JP4939099B2 (en) | Method for manufacturing vertical structure group 3 nitride light emitting device | |
US9741895B2 (en) | Removal of 3D semiconductor structures by dry etching | |
CN105810783B (en) | Method for manufacturing light emitting diode and light emitting diode manufactured thereby | |
US20050082543A1 (en) | Monolithic light emitting devices based on wide bandgap semiconductor nanostructures and methods for making same | |
JP2016500925A (en) | Nanowire LED structure and manufacturing method thereof | |
JP2000196152A (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
CN105185883A (en) | Coarsened-sidewall AlGaInP-base LED and manufacture method thereof | |
US9419176B2 (en) | Three-dimensional light-emitting device and fabrication method thereof | |
CN105702820A (en) | Reversed-polarity AlGaInP-based LED coated with ITO on surface and manufacturing method thereof | |
JP2003347586A (en) | Semiconductor light-emitting device | |
CN106972082B (en) | Method for repeatedly using substrate for manufacturing light-emitting element | |
JP2023014201A (en) | Semiconductor light-emitting element and manufacturing method thereof | |
CN108028512A (en) | Low ESR VCSEL | |
CN116210092A (en) | Infrared LED components | |
JP2007533133A (en) | Fabrication of reflective layer on semiconductor light emitting diode | |
US9711679B2 (en) | Front-side emitting mid-infrared light emitting diode fabrication methods | |
CN107508023B (en) | Medium-filled metal grating-semiconductor SPP source and manufacturing method thereof | |
RU2553828C1 (en) | Light-emitting diode and method of making same | |
CN106784223B (en) | Light emitting diode and preparation method thereof | |
CN107735870B (en) | Light-emitting component and method of manufacturing the same | |
JP6205747B2 (en) | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2008091664A (en) | LIGHT EMITTING ELEMENT, LIGHTING DEVICE, AND OPTICAL PICKUP | |
KR102110458B1 (en) | Light emitting diode and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180306 |