Спосіб легування кристалів селеніду цинку

Реферат: UA 76470 U UA 76470 U Корисна модель належить до галузі технології виготовлення напівпровідникових матеріалів, призначених, зокрема, для використання у короткохвильовій оптоелектроніці. Завдяки великій ширині забороненої зони ( Eg  2,7 еВ при 300 К) селенід цинку може бути 5 10 15 20 25 30 35 основою люмінесцентних джерел випромінювання у малоосвоєному синьо-блакитному діапазоні спектра. Разом з тим, отримання низькоомних підкладинок ZnSe з переважаючою випромінювальною рекомбінацією у зазначеній спектральній області продовжує залишатись актуальною задачею. Підвищення електропровідності та частки крайового випромінювання зазвичай вирішується відпалом кристалів у розплавах Zn, Zn+Al [1] або Zn+Sn, Zn+Pb [2]. Однак цей спосіб вимагає використання зразків великих розмірів внаслідок їх часткового розчинення у розплаві. У зв'язку з цим для досягнення однорідного розподілу власного та легуючого елементів по об'єму кристала необхідні великі (20100 годин) часи відпалу. Крім того, даний метод абсолютно не придатний для створення локальних областей з необхідними параметрами на пластинах великої площі. Зазначених недоліків позбавлене легування кристалів шляхом дифузії з парової фази [3], що дозволяє отримувати тонкі шари любої типології, які, зазвичай, є активними областями оптоелектронних приладів. Найбільш близькою до способу, що заявляється, є технологія легування селеніду цинку, яка описана в роботі [4]. Високоомні підкладинки ZnSe відпалюють у парі Zn і Аl при температурах 1 -1 -1 9001100 °C, після чого при 300 К вони мають досить високу (10- -10 Ом • см ) електронну провідність. Спектри фотолюмінесценції в області кімнатних температур містять червонооранжеву та жовто-зелену смуги з максимумами m при 1,9 і 2,1 еВ відповідно. Відносна частка останньої зростає більше ніж у три рази порівняно з першою смугою при збільшенні тиску пари Zn від 0,15 до 1,5 атм. Натомість, у всіх відпалених зразках при 300 К відсутня крайова блакитна смуга випромінювання. Задача корисної моделі - отримання низькоомних шарів селеніду цинку з домінуючою блакитною смугою люмінесценції за рахунок зміни технологічних параметрів - легуючого елемента та температури дифузії. Поставлена задача вирішується тим, що у способі легування селеніду цинку, згідно із корисною моделлю, підготовка підкладинок здійснюється шляхом механічної та хімічної обробок, а їх відпал проводиться у присутності наважки олова Sn і подрібненої шихти ZnSe при температурі 750-950 °C. На фіг. 1 наведено типовий спектр люмінесценції зразка ZnSe стехіометричного складу до (1) і після відпалу у парі Sn (2). У таблиці приведені відносні інтенсивності червоно-оранжевої і блакитної IB смуг випромінювання для різних базових підкладинок селеніду цинку. Фіг. 2 ілюструє залежність інтенсивності блакитної смуги від температури відпалу для кристалів ZnSe стехіометричного складу. підкладинка IR, в.о. IB, в.о. 40 45 50 55 ZnSe 0,5 1 ZnSe 0,2 1 ZnSe 1 0,3 Апробація запропонованого способу проводилась на підкладинках селеніду цинку 3 типорозміром 4×4×1 мм , які вирізались з об'ємних кристалів трьох типів. Всі вони були вирощені методом Бріджмена, проте перші з розплаву стехіометричного складу (ZnSe), другі з надлишковим цинком (ZnSe), а треті з ізовалентною домішкою телуру (ZnSe). Підкладинки проходили поетапні механічне та хімічне полірування у травнику СrО3:НСl=2:3, відмивку у дистильованій воді та фінішну сушку. Якість обробки поверхні пластинок контролювалася по появі об'ємної люмінесценції, яка збуджувалась азотним лазером типу ЛГИ21. Типовий спектр випромінювання базових підкладинок наведено на фіг. 1, з якого видно, що він складається з двох смуг - червоно-оранжевої (R) і блакитної (В). Співвідношення між інтенсивностями смуг залежить від типу кристалу, і приведено у таблиці. Кожна з підкладинок ZnSe разом з наважкою Sn і подрібненою шихтою селеніду цинку стехіометричного складу 4 поміщалась у кварцову ампулу, яка відкачувалась до залишкового тиску ~10- Торр і запаювалась. Відпал проводився в ізотермічних умовах у діапазоні 750-950 °C на протязі 60 хвилин, причому підкладинка і наважка разом з шихтою знаходились у протилежних кінцях ампули. Шихта ZnSe, створюючи надлишковий тиск, запобігає ерозії поверхні пластин під час проведення процесу дифузії. Отримані у результаті відпалу поверхневі шари всіх без винятку зразків демонструють 1 -1 -1 електронну провідність, величина якої при 300 К знаходиться у межах 10- 10 Ом • см . Зауважимо, що провідність базових підкладинок також є електронною, однак вона не 1 UA 76470 U 6 -1 -1 5 перевищує 10- Ом • см . Найбільш характерною особливістю відпалених зразків є повне гасіння R-смуги, що ілюструється фіг. 1. Типова залежність інтенсивності I блакитної смуги випромінювання від температури відпалу для одного із зразків ZnSe:Sn наведено на фіг. 2., причому аналогічні залежності ITa  спостерігаються для всіх відпалених зразків. Отже, ефективність В-смуги для всіх типів зразків 10 m досягає максимального значення при температурі відпалу Ta  850 °C, зменшуючись приблизно у два рази при зміні останньої на ±50 °C. Відмітимо також, що абсолютні значення інтенсивностей В-смуги всіх легованих Sn шарів у 3-5 разів перевищують аналогічний параметр базових підкладинок. Товщина d ж зразків легованих оловом шарів визначається температурою Ta і часом 15 20 25 відпалу t a , зростаючи при їх збільшенні. Зауважимо, що для виключення впливу параметрів базової підкладинки на спектри фотолюмінесценції величина d має перевищувати кілька мікрометрів. Експериментально було встановлено, що форма та інтенсивність спектрів випромінювання не залежить від часу відпалу, коли ta  20 хв. навіть при найнижчій з використовуваного діапазону температур 750 °C. Нами час відпалу був вибраний із запасом і складав 60 хв. Джерела інформації: 1. Недеолго Д.Д., Симашкевич А.В. Электрические и люминесцентные свойства селенида цинка. - Кишинев: Штинца, 1984.-150 с. 2. Сердюк В.В., Ваксман Ю.Ф., Зубрицкий СВ., Хуан Ф. Родригес, Ю.Н. Пуртов. Излучательная рекомбинация монокристаллов ZnSe, активированных элементами IV группы. // Фотоэлектроника, 1988. - В. 2. - С. 98-103. 3. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991.-528 с. 4. 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. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб легування селеніду цинку, що включає механічну і хімічну обробки підкладинок та їх відпал, який відрізняється тим, що відпал підкладинок проводять у присутності наважки олова Sn та подрібненої шихти ZnSe при температурі 850±50 °C. 2 UA 76470 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3