DE1944597A1

DE1944597A1 - Magnesiumzinktellurid-Zusammensetzung

Info

Publication number: DE1944597A1
Application number: DE19691944597
Authority: DE
Inventors: Hakki Basil Wahid
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-09-06
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1970-03-05
Also published as: SE347755B; NL6913324A; DE1944597B2; GB1279488A; FR2017489A1; BE738358A; US3551763A

Description

WESOIERN ELECTRIC COMPANY INCORPORATED Häkki 5 New York, N.Y. V.ST.A.

"Magnesiumzinktellurid-Zusammensetzung

Die Erfindung bezieht sich auf Magnesiumzinktellurid-Zusammensetzungen sowie auf elektrolumineszente Übergangsbauelemente, die aus solchen Zusammensetzungen aufgebaut sind.

Vor kurzem hat eine Klasse von Übergangsvorrichtungen größeres Interesse erfahren, die Elektrolumineszenz an ihrem Übergang zeigen. Im typischen Fall sind diese Vorrichtungen in der Lage, Elektrolumineszenz im sichbaren Bereich des Spektrums zu erzeugen, sie legen daher zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet der Beleuchtung und der Informations-Bildwiedergabe nahe.

Nachstehend ist eine Methode zum Züchten von Il-VI-Zusammensetzungen im Magnesium-Zink-Tellur-Systern beschrieben, die amphotere Eigenschaften zeigen, d.h. daß sie entweder auf p-Leitfähigkeit oder η-Leitfähigkeit dotiert werden können. Die erfindungsgemäße Methode bezieht sich auch auf die Änwendung solcher Zusammensetzungen in neuen pn-Übergangsbauelementen mit zwei Anschlüssen. Amphotere Eigenschaften wurden früher in Halbleitern beobachtet, aber keine dieser Zusammen-Setzungen zeigte eine Bandlücke ausreichender Größe für eine Lichtemission im ganzen sichtbaren Spektrum* Es wurde gefunden, daß wie hier beschrieben hergestelltes Magnesiumzinktellurid Licht im Bereich von 1,77 bis 2,52 Elektronenvolt (7000 bis 4900 S) bei Zimmertemperatur Emittiert*

Gemäß der Erfindung sind Hagnesiumzinktellurid-Zusammensetzungen vorgesehen, bei denen der Wert von χ in der allgemeinen Formel (Mg-Zn., _jTe zwischen 0,15 und 0,4 Atomprozent liegt. Diese Zusammensetzungen zeigen amphotere Eigenschaften und liefern die gewünschte Bandlücke,

In der Zeichnung zeigen die"Fig. 1 A bis 1 E Schnittansichten für aufeinanderfolgende Herstellungsstufen eines elektrolumines- ^ zenteh Übergangsbauelementes gemäß der Erfindung.

Der erste Schritt des Züchtungsprozesses ist die Präparierung einer Schmelze, die Magnesium, Zink und Tellur zusammen mit jedem gewünschten Dotierstoff enthält. Entsprechend der Erfin- ! dung wurde gefunden, daß Zusammensetzungen des Magnesium- ; Zink-Teliür-Systenis amphotere Eigenschaften zeigen, wenn der Wert von χ in der allgemeinen Formel (iig„Zn. „)Te zwischen 0,15 und 0^4 Ätomprozent liegt* Untersuchungen zeigten, daß Zusammensetzungen des beschriebenen Systems, für welche χ ■ kleiner als 0*15 ist* p-leitend sind und keine amphoteren

Eigenschaften zeigen-. Die obere Grenze von 0,4 ist durch praktische Erwägungen (n-fypus) diktiert.

Die erforderliche Öhärge aus Magnesium^ Zink, Tellur und irgendeinem DQ-feierstöff * der züsi irieügen entweder eines po&er h^Mäterlals giWuiiseli-fe iii^ wird dann in ein Graphitsehiffcheii oder: eiü äiiäeres g§§i|netes Öefäß gegeben und das Ganze in das eltii Ende e'iiies Ör'äpEiitröhres ^ihgeäetz-fc* Södanii

iöiiiö/if^i

wird eine geeignete Unterlage am anderen, dem Schiffchen gegenüberliegenden Ende des Graphitrohrs angeordnet. Für die Zwecke der Erfindung werden die Unterlage-Materialien unter jenen Halbleitermaterialien ausgewählt, die Zinkblende-Struktur und eine Gitterkonstante innerhalb + 10% der Gitterkonstante von Magnesiumzinktellurid (6,1 8) aufweisen. Die als besonder:: brauchbar für diesen Zweck befundenen Materialien sind Zinktellurid, Zinkselenid und so weiter.

Nachfolgend wird das Graphitrohr in ein Quarzrohr verbracht, dem ein Halogen-oder eine Halogenidverbindung in einer Menge zugegeben wird, die ausreicht, um zumindest ein Milligramm Halogen pro cnr* des Reaktionsrohrvolumens bereitzustellen, wobei dieses Minimum von Erwägungen diktiert ist, die sich auf die erforderliche Halogenmenge beziehen, um in Reaktion mit den elementaren Materialien zur Bildung der entsprechenden Halogenide zu treten. Sodann wird ein Ende des Quarzrohres abgeschmolzen, und das Rohr evakuiert. Danach wird in das System Formiergas eingeführt und der vorausgehende Zyklus wird dann zumindest zweimal deswegen wiederholt, um die Höhe der Restgasverunreinigung zu reduzieren. Schließlich wird das gegenüberliegende Ende des Rohres abgeschmolzen, wobei ein Restdruck von 10 bis 100 Mikrometer des Formiergases im System erhalten wird. Als nächstes wird das abgeschmolzene Rohr in einen Ofen verbracht und mehrere Stunden in einem flachen Temperaturprofil auf annähernd 90Ö°C erhitzt, was zu einer Reaktion der elementaren Materialien zum Erhalt von Magnesiumtellurid. und Zinktellurid führt. Nach der Reaktion der Elemente wird

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das Temperaturprofil derart geändert, daß die Temperatur ^! von 825⁰C am unterlageseitigen Ende des Rohres bis annähernd 995⁰C am Vorratssdtigen Ende des Rohres reicht, wobei die Erhitzung 72 - 96 Stunden langofortgesetzt wird. Am Ende dieser. Periode werden die Unterlage und das resultierende hierauf niedergeschlagene kristalline Material entfernt und auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Ist also ein geeigneter Kristall präpariert, so besteht der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Präparierung einer Übergangsvorrichtung mit zwei Anschlüssen. Wie angegeben, können die auf die beschriebene Weise gezüchteten kristallinen Materialien auf irgendeine geeignete Weise j durch die Zugabe entweder eines Donator-^ oder eines Akzeptor-Materials während des Züchtungsprozesses dotiert werden*

Fig. 1A zeigt einen η-leitenden Kristall 11 aus Magnesiuzinktellurid, der wie beschrieben hergestellt worden ist. Als ■ vorausgehender Schritt ist es wichtig, die Oberfläche des Kristalls von sämtlichen Spuren unerwünschter Verunreinigungen zu reinigen. Zu diesem Ende wird der Kristall vorteilhaft 10 bis 15 Sekunden lang in Methanol-Brom geätzt, um ihn so zur. Bildung einer p-leitenden Oberflächendiffusionsschicht vorzubereiten. Der Kristall wird dann in ein Quarzrohj? gegeben, der einen Phosphorvorrat enthält, sodann wird das Rohr abge- ^f brannt, evakuiert und unter Vakuum abgeschmolzen. Anschließend J. wird das Rohr 10 - 20 Stunden lang auf größenordnungsaäßig ;

900⁰C erhitzt. Fig. 1B zeigt den resultierenden Kristall, an f

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dessen Oberfläche eine p-leitende eindiffundierte Phosphorschicht 12 erzeugt ist. Als nächstes werden Mesas 13 (Fig.1C) auf der Oberfläche der Schicht 12 nach üblichen Fotolack- und chemischen Ätzverfahren erzeugt. Sodann wird der Kristall erneut in Methanol-Brom zur Beseitigung jeglicher Oberflächenbeschädigung geätzt, und es resultiert eine Anordnung mit pn-Ubergängen 14 (Fig. 1D), Schließlich werden Spitzenkontakte 15 und 16 zu den p- und η-Zonen nach üblichen Methoden hergestellt .

Ein Anwendungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend wiedergegeben. Dieses dient lediglich zur Erläuterungszwecken und ersichtlich kann es, ohne vom Erfindungsumfang abzuweichen, modifiziert werden.

Beispiel

Ein Magnesiumzinktellurid-Kristall und eine elektrolumineszente Übergangsvorrichtung werden wie folgt hergestellt.

0,313 Gramm Magnesium, 2,01 fjramm Zink, 5,59 Gramm Tellur und 0,02 Gramm Aluminium werden in ein Graphitschiffchen gegeben, das dann in ein Graphitrohr eingesetzt wird. Eine Zinktellurid-Unterlage befindet sich am gegenüberliegenden Ende des Rohrs.

Als nächstes wird das Graphitrohr in ein Quarzrohr verbracht und es werden 0,1 Gramm Jod zugefügt. Sodann wird ein Ende des Quarzrohrs abgeschmolzen, und das System wird dreimal ab-

wechselnd evakuiert und mit Formiergas gespült. Danach wird das andere Ende des Quarzrohrs abgeschmolzen, und das Rohr wird in einen Ofen gesetzt und fünf Minuten lang auf 900^C in einem flachen Temperaturprofil erhitzt. Nachfolgend wird das Temperaturprofil derart geändert, daß die Unterlage sich bei 850⁰C und das vorratsseitige Ende bei 970°C befinden. Dieser Zustand wird 960 Stunden lang aufrechterhalten. Das Unterlageglied und das resultierende Mstalline Material wer- ^ den aus dem System entfernt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Der gewünschte η-leitende Magnesiumzinktellurid-Kristall wird dann auf mechanischem Wege von der Unterlage abgetrennt. Der resultierende Kristall wird 15 Sekunden lang in Methanol-Brom geätzt und in ein Quarzrohr verbracht, das 100 Milligramm Phosphor enthält. Das Rohr wird abgebrannt, evakuiert und unter Vakuum abgeschmolzen. Als nächstes wird das Rohr in einen Ofen eingesetzt, auf 900°C erhitzt und auf dieser Temperatur 20 Stunden lang gehalten. Der Kristall wird dann dem Rohr entnommen und es werden Mesas mit einem Durchmesser von etwa 0,25 mm nach üblichen Fotolack und chemischen Ätzmethoden er- ! zeugt. Sodann wird der Kristall 45 Sekunden lang in Methanol-Brom zur Entfernung von Oberflächenbeschädigungen geätzt. Schließlieh werden metallische Spitzenkontakte zu den p- und η-Zonen hergestellt.

Zur Demonstration der Wirksamkeit der Vorrichtung werden die Leitungen an eine Gleichspannungsquelle zur Vorspannung in Durchlaßrichtung ι. Pluspol zur p-Zone und Minuspol zur n-Zone, angeschlossen. Bei Zimmertemperatur und bei Spannungen

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zwischen 1,7"" und 3 Volt emittiert die Vorrichtung Licht, das bei etwa 2,5 Elektronenvolt (5CX) S) zentriert ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Magnesiurazinktellurid-Zusammensetzungj dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von χ in der allgemeinen Formel (Mg Zn., ) Te zwischen 0,15 und 0,4 Atomprozent liegt,

2. Pn-Übergangsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie Hagnesiumzinktellurid in der Zusammensetzung nach Einspruch 1 enthält.

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