Спосіб отримання шарів селеніду цинку з блакитною люмінесценцією

Реферат: Спосіб отримання шарів селеніду цинку з блакитною люмінесценцією включає відпал кристалів селеніду цинку. Монокристалічний селенід цинку у вигляді пластинок відпалюють у вакуумі не -4 гірше 10 тор. UA 78537 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ ШАРІВ СЕЛЕНІДУ ЦИНКУ З БЛАКИТНОЮ ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЄЮ UA 78537 U UA 78537 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології виготовлення напівпровідникових матеріалів, які можуть бути використані, зокрема, для створення джерел блакитно-синього випромінювання. Завдяки великій ширині забороненої зони (Еg2,7 еВ при кімнатній температурі) і прямим оптичним переходам, селенід цинку є одним з найбільш перспективних напівпровідників для створення блакитно-синіх інжекційних світлодіодів. Їх основу складають випрямляючі структури різного типу - p-n-гомо- та гетеропереходи, діоди Шотткі, МДН-структури тощо, спільним для яких є обов'язкова присутність тонкої (декілька мікрометрів) області, в якій відбувається випромінювальна рекомбінація. Головна вимога до матеріалу даної області - наявність у спектрах люмінесценції ефективної блакитно-синьої (крайової) смуги випромінювання. Натомість у спектрах люмінесценції бездомішкових і легованих різними елементами в процесі росту кристалах ZnSe завжди присутні низькоенергетичні смуги, які у більшості випадків інтенсивніші за високоенергетичну крайову [1, 2]. У зв'язку з цим актуальним є пошук технологій створення об'ємних кристалів або шарів селеніду цинку з домінуючою крайовою люмінесценціє в області кімнатних температур. Найбільш близьким до способу, що заявляється є додатковий відпал кристалів ZnSe у розплаві цинку з добавками елементів III (Al, Ga, In) або (та) IV (Sn, Pb) груп таблиці 4 Менделєєва [3]. Відпал проводився у попередньо відкачаних до 10- тор і запаяних кварцових ампулах при температурі 850 °C протягом 5-72 год. Встановлено, що найсуттєвіше зростання інтенсивності крайової смуги люмінесценції (більш ніж на два порядки порівняно з вихідними кристалами) спостерігається для зразків, відпалених у розплаві з домішками Sn або Pb. В спектрах випромінювання таких зразків присутня також слабка смуга в області енергій 1,7-2,3 еВ, інтенсивність якої суттєво зростає при додатковому введенні у розплав Аl. При цьому відбувається також відповідне зменшення інтенсивності крайової люмінесценції, яка взагалі не спостерігається у кристалах ZnSe, легованих Аl у процесі росту [1, 3]. Одним з недоліків описаної технології є те, що вона вимагає використання зразків великого об'єму внаслідок їх часткового розчинення у розплаві, а також абсолютно непридатна для отримання тонких шарів необхідної топології з поверхнею високої якості. Натомість, саме тонкі шари є активними областями переважаючої більшості оптоелектронних приладів, особливо у випадку прямозонних напівпровідників, до яких відноситься і ZnSe. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення і здешевлення технології отримання шарів селеніду цинку з домінуючою блакитною люмінесценцією при кімнатних температурах за рахунок зміни умов відпалу. Поставлена задача вирішується тим, що згідно з запропонованим рішенням, відпал 4 кристалів ZnSe у вигляді пластинок проводять у вакуумі не гірше 10- тор при певних температурах. При цьому для бездомішкового ZnSe температурний діапазон відпалу становить 500-1050 °C, а легованого Аl-900-1050 °C. За таких умов інтенсивність низькоенергетичної смуги ІH не перевищує 10 % від інтенсивності крайової смуги ІK випромінювання, таблиця. На кресленні зображено спектри люмінесценції бездомішкових кристалів ZnSe (крива 1), легованих Аl у процесі росту (крива 2) і відпалених у вакуумі при 1000 °C обох типів зразків (крива 3). 3 Апробація запропонованого способу проводилась на пластинках типорозміром 4 × 4 × 1 мм , які вирізались з об'ємних кристалів ZnSe, вирощених методом Бріджмена під тиском інертного газу. Один з них отриманий з розплаву стехіометричного складу, який не утримував ніяких домішкових атомів, а другий - легувався в процесі росту типовою донорною домішкою Аl. У подальшому ці зразки умовно позначаються відповідно символами ZnSe і ZnSe. Пластинки проходили поетапні механічне та хімічне полірування у розчині СrО3:НСl=2:3, ретельну відмивку в дистильованій воді та фінішну сушку. Якість обробки поверхні пластинок контролювалась візуально по появі об'ємної фотолюмінесценції, яка збуджувалась N2-лазером з m0,337 мкм. Відпал зразків здійснювався під ковпаком вакуумної установки типу УВР-3, у 4 якому створювався вакуум не гірше 10- тор. Пластинка розміщувалась на молібденовому стрічковому нагрівачі, температуру якого можна було змінювати у межах 200-1200 °C і підтримувати з точністю ±5 °C. Після витримки певний час ta при кожній конкретній температурі Та нагрівач вимикався, а після досягнення температури ~100 °C система розгерметизовувалась і зразок вилучався з-під ковпака. Товщина шару da, який виникає у результаті відпалу, залежить від Та і ta, зростаючи при їх збільшенні. При цьому експериментально було встановлено, що форма та інтенсивність спектрів випромінювання для кожної Та, практично не залежить від часу відпалу, коли ta  10 хв. навіть для найнижчої з використовуваного діапазону температури. Зауважимо також, що вихід нагрівача на необхідну Та і повернення у початковий стан не перевищує 0,5 хв. Враховуючи викладені вище обставини, час відпалу для всіх зразків був вибраний однаковий і становив 10 хв. 1 UA 78537 U 5 10 Оскільки люмінесцентні характеристики використовуваних зразків, а також їх оптимальні температури відпалу виявились різними, аналіз результатів проведено для кожного з типів кристалів окремо. Кристали ZnSe. Як видно з кресл. (крива 1) спектр люмінесценції вихідних зразків представлений двома смугами, з близьким значеннями інтенсивностей. Вакуумний відпал викликає їх перерозподіл на користь крайової блакитної смуги, що ілюструється даними таблиці. З неї випливає, що уже при Tа550 °C інтенсивність низькоенергетичної смуги ІH складає всього 4 % від інтенсивності крайової ІK, а починаючи з Tа  850 °C низькоенергетична смуга взагалі не спостерігається. Спектр люмінесценції таких зразків містить лише блакитну смугу випромінювання, що ілюструється кривою 3 на кресл. на прикладі пластинок ZnSe, відпалених при 1000 °C. Таблиця кристал ZnSe ZnSe 15 20 25 30 Tа, °C ІK, в.о. ІH, в.о. ІK, в.о. ІH, в.о. 20 (вихідн.) 150 100 7 750 500 200 20 10 650 550 260 10 20 500 650 360 5 80 200 750 360 1 120 60 850 350 100 15 900 390 90 9 950 420 80 6 1050 400 70 Кристали ZnSe. На відміну від бездомішкових, у спектрах люмінесценції зразків, легованих Аl, домінує низькоенергетична смуга, (крива 2 на кресл.), а інтенсивність крайової на два порядки нижча від ІH, таблиця. Згідно з наведеними даними, блакитна смуга стає домінуючою (ІH складає ~10 % від ІK) для кристалів ZnSe лише при Та  900 °C, а спектр випромінювання як і для зразків ZnSe, представлений лише однією смугою з максимумом в околі 2,7 еВ, крива 3 на кресл. 3. Таким чином, якщо прийняти відношення ІH/ІK  0,1, то оптимальним діапазоном температур відпалу для кристалів ZnSe слід вважати 500-1050 °C, а для кристалів ZnSe - 900-1050 °C. Зауважимо також, що використання температур більше за 1050 °C є небажаним, оскільки при цьому починаються процеси ерозії поверхні пластинок, особливо при збільшенні часів відпалу. Джерела інформації: 1. Ваксман Ю.Ф. Люминесценция монокристаллов селенида цинка и излучающих структур на их основе // Дис… докт. физ.-мат. наук, Одесса, 1993,421 с. 2. Недеолго Д.Д., Симашкевич А.В. Электрические и люминесцентные свойства селенида цинка. - Кишинев: Штинца, 1984, 150 с. 3. Сердюк В.В., Ваксман Ю.Ф., Зубрицкий С.В., Хуан Ф. Родригес, Ю.Н. Пуртов. Излучательная рекомбинация монокристаллов ZnSe, активированных элементами IV группы. // Фотоэлектроника, 1988, В.2. - С. 98-103. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 1. Спосіб отримання шарів селеніду цинку з блакитною люмінесценцією, що включає відпал кристалів селеніду цинку, який відрізняється тим, що монокристалічний селенід цинку у -4 вигляді пластинок відпалюють у вакуумі не гірше 10 тор. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластинки бездомішкових кристалів селеніду цинку відпалюють при температурах 500-1050 °C. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пластинки кристалів селеніду цинку, легованих домішкою алюмінію, відпалюють при температурах 900-1050 °C. 2 UA 78537 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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