DE1944597C - Magnesiumzink tellurid-Legierung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Magnesiumzink- zeigen. Die obere Grenze von 0,4 ist durch praktische

tellurid-Legierungen sowie deren Verwendung bei Erwägungen (η-Typus) diktiert,

elektrolumineszenten Halbleiterbauelementen mit Die erforderliche Charge aus Magnesium, Zink,

pn-übergang. Tellur und irgendeinem Dotierstoft, der zum Erzeu-

Vor kurzem hat eine Klasse von pn-Übergangs- 5 gen entweder eines p- oder η-Materials gewünscht ist, Vorrichtungen größeres Interesse erfahren, die Elek- wird dann in ein Graphitschiffchen oder ein anderes trolumineszenz am pn-übergang zeigen, wenn dieser geeignetes Gefäß gegeben und das Ganze in das eine in Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Im Regelfall Ende eines Graphitrohres eingesetzt. Sodann wird zeigen diese Vorrichtungen ihre Elektrolumineszenz eine geeignete Unterlage am anderen, dem Schiffim sichtbaren Bereich des Spektrums, sie legen daher io chen gegenüberliegenden Ende des Graphitrohrs anzahlreiche Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet geordnet. Für die Zwecke der Erfindung werden die der Beleuchtung und der Informations-Bildwieder- Unterlage-Materialien unter jenen Halbleitennateriagabe nahe. lien ausgewählt, die Zinkblende-Struktur und eine

Da diese Elektrolumineszenz die Existenz eines Gitterkonstante innerhalb ±10% der Gitterkonstante pn-Übergan-gss im Halbleitermaterial voraussetzt, 15 von Magnesiumzinktellurid (6,1 A) aufweisen. Die muß dieses notwendigerweise sowohl für p-Leitfähig- als besonders brauchbar für diesen Zweck befundelceit als auch für η-Leitfähigkeit dotierbar sein, also nen Materialien sind Zinktellurid, Zinkselenid usw. insoweit amphoteren Charakter besitzen. Des weite- Nachfolgend wird das Graphitrohr in ein Quarzren muß das Halbleitermaterial eine hinreichend rohr verbracht, dem ein Halogen- oder eine HaIogroße Energiebandlücke haben, damit eine Licht- ao genidverbindung in einer Menge zugegeben wird, die emission überhaupt erhältlich ist. ausreicht, um zumindest ein Milligramm Halogen

Keine der bekannten Halbleiter erfüllten bisher pro cm³ des Reaktionsrohrvolumens bereitzustellen, diese beiden Forderungen gleichermaßen befriedi- wobei dieses Minimum von Erwägungen diktiert ist, gend. Teils haben sie zwar amphotere Eigenschaften, die sich auf die erforderliche Halogenmenge bezieaber nur eine unbefriedigende variierbare Energie- 35 hen, um in Reaktion mit den elementaren Materiabandlücke fü. eine Elektrolumineszenz im ganzen Hen zur Bildung der entsprechenden Halogenide zu sichtbaren Spektrum, und f'ls haben sie zwar ver- treten. Sodann wird ein Ende des Quarzrohres abgenünftige Energiebandlücken, aber keine amphoteren schmolzen, und das Rohr evakuiert. Danach wird in Eigenschaften. So hat öeisr eisweise ZnTe^_xSe_x das System Formiergas eingeführt und der vorauszwar amphoteren Charakter, aber eine Mindestband- 30 gehende Zyklus wird dann zumindest zweimal deslücke bei etwa 2,12 eV für χ = 0,36, während ZnSe wegen wiederholt, um die Höhe der Restgasveruneine BandlUcke von 2,65 eV hat, aber nur mit n-Leit- reinigung zu reduzieren. Schließlich wird das gegenfähigkeit herstellbar ist. Ähnliches gilt für ZnTe, das überliegende Ende des Rohres abgeschmolzen, woeine Energiebandlücke von 2,3 eV hat, aber nur mit bei ein Restdruck von 10 'S.i 100 · 10"³ Torr des p-Leitfähigkeit hergestellt werden kann. Dieses Ma- 35 Formiergases im System erhalten wird. Als nächstes terial zeigt eine Laser-Emission bei 5280 A bei An- wird das abgeschmolzene Rohr in einen Ofen verregung mit einem Elektronenstrahl. Hier handelt es bracht und mehrere Stunden in einem flachen Temsich aber um einen vollständig anderen Anregungs- peraturprofil auf annähernd 900° C erhitzt, was zu mechanismus, der keinen p-übergang erfordert (vgl. einer Reaktion der elementaren Materialien zum Erzu alle dem »Transactions of the Metallurgical 40 halt von Magnesiumtellurid und Zinktellurid führt. Society of AIME«, 242 (1968), März, S. 444 Nach der Reaktion der Elemente wird das Temperabis 448). turprofil derart geändert, daß die Temperatur von

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Halb- 825° C an dem Ende des Rohres, an dem sich das

leitermaterial bereitzustellen, mit dem eine Elektro- Substrat befindet, bis annähernd 995° C am vorrats-

lumineszenz im ganzen sichtbaren Spektrum von 45 seitigen Ende des Rohres reicht, wobei die Erhitzung

1,77 bis 2,52 Elektronenvolt (7000 bis 4900 A) er- 72 bis 96 Stunden lang fortgesetzt wird. Am Ende

reichbar ist. dieser Periode wird das Substrat mit der darauf nie-

Gemäß der Erfindung sind Magnesiumzinktellurid- dergeschlagenen kristallinen Schicht entnommen und

Legierungen vorgesehen, deren Zusammensetzung auf Zimmertemperatur abgekühlt,

der Formel (Mg_xZn,__x)Te entspricht, wobei χ einen 50 Fig. IA zeigt einen η-leitenden Kristall 11 aus

Wert zwischen 0,15 und 0,4 hat. Magnesiumzinktellurid, der wie beschrieben herge-

Diese Legierungen haben amphotere Eigenschaf- stellt worden ist. Als vorausgehender Schritt ist es

ten und liefern die gewünschte BandlUcke. wichtig, die Oberfläche des Kristalls von sämtlichen

In der Zeichnung zeigen die F i g. 1A bis 1E Spuren unerwünschter Verunreinigungen zu reinigen.

Knickansichten für aufeinanderfolgende Herstellungs* 55 Zu diesem Ende wird der Kristall vorteilhaft 10 bis

schritte einer elektrolumineszenten pn-übergangsvor- 15 Sekunden lang in Methanol-Brom geätzt, um ihn

richtung aus dem erfindungsgemäßen Material. so zur Bildung einer p-leitenden Oberflächendiffu-

Der erste Schritt des Züchtungsprozesses ist die sionsschicht vorzubereiten. Der Kristall wird dann Präparierung einer Schmelze, die Magnesium, Zink in ein Quantrohr gegeben, das einen Phosphorvorrat

und Tellur zusammen mit dem gewünschten Dotier' ίο enthält, sodann wird das Rohr abgebrannt, evakuiert

stoff enthält. Entsprechend der Erfindung wurde ge- und unter Vakuum abgeschmolzen. Anschließend

funden, daß Zusammensetzungen des Magnesium' wird das Rohr 10 bis 20 Stunden lang auf größen*

Zink'Tellur-Systems amphotere Eigenschaften zei- ordnungsmäßig 900° C erhitzt. F i g. 1B zeigt den

gen, wenn der Wert von χ in der allgemeinen Formel resultierenden Kristall, an dessen Oberfläche eine

(Mg_xZn₁ JTe zwischen 0,15 und 0,4 liegt. Unter* 6j p-leitende eindiffundierte Phosphorschicht 12 erzeugt

suchungen zeigten, daß Zusammensetzungen des be- ist. Als nächstes werden Mesas 13 (Fig. 1 C) auf der

schriebenen Systems, für welche χ kleiner als 0,15 ist, Oberfläche der Schicht 12 nach Üblichen Fotolack·

P'leitend sind und keine amphoteren Eigenschaften und chemischen Atzverfahren erzeugt. Sodann wird

der Kristall erneut in Methanol-Brom zur Beseitigung jeglicher Oberflächenbeschädigung geätzt, und es resultiert eine Anordnung mit pn-Übergängen 14 (F i g. 1 D). Schließlich werden Spitzenkontakte 15 und 16 zu den p- und η-Zonen nach üblichen Methoden hergestellt.

Beispiel

Ein Magnesiumzinktellurid-Kristall und eine elektrolumineszente pn-Ubergangsvorrichtung werden wie folgt hergestellt:

0,313 Gramm Magnesium, 2,01 Gramm Zink, 5,59 Gramm Tellur und 0,02 Gramm Aluminium werden in ein Graphitschiffchen gegeben, das dann in ein Graphitrohr eingesetzt wird. Ein Zinktellurid-Subtrat 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 abge- »0 schmolzen, und das System wird dreimal abwechselnd 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 Tem- as peraturprofil erhitzt. Nachfolgend wird das Temperaturprofil derart geändert, daß das Substrat sich auf 850° C und das vorratsseitige Ende auf 970° C befinden. Dieser Zustand wird 960 Stunden lang aufrechterhalten. Das Substrat mit der darauf niederge- 3" schlagenen kristallinen Schicht werden entnommen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Der gewünschte n- leitende Magnesiumzinktellurid-Kristall wird dann auf mechanischem Wege von dem Sug»™» J*gj trennt. Der resultierende Kristall wrd 15 Sekunden lang in Methanol-Brom geätzt und m ein Quarzroh verbracht das 100 Milligramm Phosphor enthält. Das Rohr wi d ausgeheizt, evakuiert und unter Vakuum abgeschmolzen⁸ Als nächstes wird das Rohr in einen Offn eingesetzt, auf 900° C erhitzt undlauf chese Temperatur 20 Stunden lang gehalten. Der Kristall wiS dann dem Rohr entnommen, und es werden Mesas mit einem Durchmesser von etwa C2ί mm nach üblichen Fotolack- und chemischen Ätzmethoden erzeugt. Sodann wird der Kristall 45 Sekunden [Zl in Methanol-Brom zur Entfernung von Ober-Snbeschädigungen geätzt. Schließlich werden metallische Spitzenkor'akte zu den p- und n-Zonen

^^Demonstration der Wirksamkeit der Vorrichtung werden die Leitungen an eine G eichspannungsquelle zur Vorspannung in Durchlaßrichtung Pluspol zur p-Zone und Minuspol zur η-Zone, angeschlossen. Bei Zimmertemperatur¹ und bei Spannungen zwischen 17 und 3VoIt emittiert die Vorrichtung Licht, das bei etwa 2,5 Elektronenvolt (5000 A) zentriert ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Magncsium-Zink-Tellurid-Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Zusammensetzung der Formel (Mg₁Zn^_x)Te entspricht, wobei χ einen Wert zwischen 0,15 und 0,4 hat.

2. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung für pn-Übergangsvorrichtungen.

Hieizu 1 Blatt Zeichnungen