Спосіб легування кристалів селеніду цинку

Винахід відноситься до області технології напівпровідникових матеріалів, призначених, зокрема, для використання у короткохвильовій оптоелектроніці. Селенід цинку, маючи ширину забороненої зони Eg » 2,7 еВ при 300 К, може бути базовим матеріалом для створення джерел світла, які випромінюють у мало освоєному зелено-блакитному діапазоні спектру (енергія квантів світла hw » 2,2 еВ ). Разом з тим, одержання низькоомних кристалів з переважаючою випромінювальною рекомбінацією у даній спектральній області при кімнатних температурах продовжує залишатись актуальною задачею. Збільшення електропровідності та частки короткохвильового випромінювання ZnSe досягається зазвичай шляхом відпалу кристалів у розплаві Zn або Zn + Аl [1]. Однак, цей метод вимагає використання зразків великих розмірів внаслідок їх часткового розчинення у розплаві. У зв'язку з цим для досягнення однорідного розподілу легуючого елементу по об'єму кристала необхідні великі (понад 100 годин) часи відпалу. Крім того, даний метод абсолютно непридатний для створення локальних областей контрольованої товщини, у тому ж числі і складної топології, з необхідними параметрами у пластинах великої площі. Зазначених недоліків позбавлене легування кристалів з парової фази [2]. Найбільш близькою до способу, що заявляється, є технологія легування кристалів селеніду цинку, яка полягає у наступному [3]. Нелеговані високоомні підкладинки ZnSe відпалюють у парі Zn і Аl при температурах 900-1100°С, після чого вони при 300 К демонструють досить високу (10-1-10 Oм -1.см -1) електронну провідність. У спектрах фотолюмінесценції при кімнатних температурах присутні оранжева та жовто-зелена смуги з максимумами hw m при 1,9 та 2,1 еВ відповідно. Відносна частка останньої зростає більш ніж у три рази порівняно з оранжевою смугою при збільшенні тиску пари Zn від 0,15 до 3 атм. Однак, у всі х таким чином відпалених зразках при 300 К відсутні смуги випромінювання у зелено-блакитній області спектру. Ціль винаходу - одержання низькоомних шарів селеніду цинку, яким в області кімнатних температур притаманна люмінесценція у зелено-блакитній області спектру. Такий спосіб отримання шарів із зазначеними властивостями може бути використаний при виготовленні різного типу світловипромінюючих структур оптоелектроніки на основі II-VI сполук. Рішення досягається тим, що кристали селеніду цинку відпалюються у парі кадмію при певних умовах. При цьому з попередньо розглянутого матеріалу нізвідки не випливає, що використання кадмію викликає появу зелено-блакитного випромінювання. Відповідність критерію "новизна" запропонованому способу забезпечує та обставина, що сукупність ознак, зазначених у формулі винаходу, не зустрічається у жодному з відомих аналогів. "Винахідницький рівень" запропонованому способу забезпечується тим, що у жодному із розглянутих аналогів не зустрічаються запропоновані технологічні умови відпалу підкладинок селеніду цинку. Рішення відповідає критерію "промислова придатність", оскільки для його реалізації цілком достатньо обладнання існуючих підприємств напівпровідникової електроніки. Наші дослідження показали, що відпал кристалів селеніду цинку у парі Cd приводить до суттєвого збільшення частки короткохвильового випромінювання. Запропонований метод апробований на спеціально нелегованих у процесі росту кристалах ZnSe, які при 300 К мали питомий опір 108-1010 Ом .см, а спектр фотолюмінесценції представлений широкою оранжевою смугою з hw m » 19 еВ. Після механічної та хімічної обробок підкладинки , ZnSe поміщались у відкачані до 10-4 Торр кварцовій ампулі, у протилежному кінці якої знаходилась також наважка елементарного Cd. Після витримки ампул на протязі 0,5 години в ізотермічних умовах при температурі 500-800°С вони різко охолоджувались до кімнатної температури. Відпалені зразки ZnSe вилучались з ампул і використовувались для подальших досліджень без проведення з ними будь-яких додаткових обробок. Найбільш характерною особливістю відпалених зразків є поява у спектрах фо толюмінесценції при 300 К зелено-блакитної смуги з максимумом в околі 2,4 еВ. Її інтенсивність B(hw) суттєвим чином залежить від температури відпалу Tв, причому максимальне значення інтенсивності смуги Вm(2,4) досягається при Тв = 600°С. Залежності інтенсивностей двох домінуючих смуг при 300 К - зелено-блакитної В(2,4) і оранжевої В(1,9) - від температури відпалу наведено у таблиці. Тв, °С В2,4/Вm(2,4) B(2,4)/B(1,9) 500 0,25 0,3 550 0,70 1,4 600 1,00 4,0 650 0,70 2,8 700 0,22 1,0 750 0 0 800 0 0 Тут B m(2,4) - інтенсивність смуги 2,4 еВ при TB = 600°С. Товщина легованого кадмієм шару визначається температурою та часом відпалу tB і її ростом при їх збільшенні. Вона складає декілька мікрометрів при tB, навіть при найнижчій з використовуваного діапазону температурі ТB=500°С. Такої товщини цілком достатньо для виключення впливу параметрів вихідної підкладинки ZnSe на спектри фотолюмінесценції, тобто вони повністю визначаються легованим шаром. При цьому експериментально було встановлено, що форма та інтенсивність спектрів випромінювання для кожної TB практично не залежать від tB, коли tB > 0,5 год. У зв'язку з цим, саме з таких причин час відпалу вибрано 0,5 год. Аналіз даних таблиці приводить до висновку, що оптимальними температурами відпалу модна вважати 550650 °С. У даному діапазоні зміна інтенсивності зелено-блакитної смуги не перевищує 30 % і вона є домінуючою порівняно з оранжевою. Зауважимо також, що отримані шари при всіх 7д мали електронну провідність, яка при 300 К змінювалась у межах 10-2-10° Ом-1.см -1. Джерела інформації 1. Недеогло Д.Д., Симашкевич А.В. Электрические и люминесцентные свойства селенида цинка. - Кишинёв: Штиинца, 1984. - 150 с. 2. Готра З.Ю. Те хнология микроэлектронных устройств: Справочник. -М.: Радио и связь, 1991. - 528 с. 3. Bouley I.C., Blanconnier P., Herman A., Ged P., Henoc P. Luminescence in highly conductivity n-type ZnSe // J, Appl. Phys. -1975. V. 46, № 8. - P. 3549-3555.