Спосіб отримання шарів селеніду цинку з блакитною люмінесценцією

Номер патенту: 78537

Опубліковано: 25.03.2013

Автори: Махній Віктор Петрович, Сльотов Михайло Михайлович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб отримання шарів селеніду цинку з блакитною люмінесценцією, що включає відпал кристалів селеніду цинку, який відрізняється тим, що монокристалічний селенід цинку у вигляді пластинок відпалюють у вакуумі не гірше 10-4 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.

Текст

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

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for obtaining zinc selenide layers with blue luminescence

Автори англійською

Makhnii Viktor Petrovych, Sliotov Mykhailo Mykhailovych

Назва патенту російською

Способ получения слоев селенида цинка с голубой люминисценцией

Автори російською

Махний Виктор Петрович, Слетов Михаил Михайлович

МПК / Мітки

МПК: C30B 31/00, H01L 21/324, H01L 31/0272

Мітки: отримання, шарів, селеніду, спосіб, люмінесценцією, цинку, блакитною

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/5-78537-sposib-otrimannya-shariv-selenidu-cinku-z-blakitnoyu-lyuminescenciehyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб отримання шарів селеніду цинку з блакитною люмінесценцією</a>

Подібні патенти