FI83543B - Dopingsfoerfarande. - Google Patents

Dopingsfoerfarande. Download PDF

Info

Publication number
FI83543B
FI83543B FI894246A FI894246A FI83543B FI 83543 B FI83543 B FI 83543B FI 894246 A FI894246 A FI 894246A FI 894246 A FI894246 A FI 894246A FI 83543 B FI83543 B FI 83543B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
manganese
zinc
compound
chloride
sulphide
Prior art date
Application number
FI894246A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI894246A0 (fi
Inventor
Jaakko Antero Hyvaerinen
Original Assignee
Jaakko Antero Hyvaerinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jaakko Antero Hyvaerinen filed Critical Jaakko Antero Hyvaerinen
Priority to FI894246A priority Critical patent/FI83543B/fi
Publication of FI894246A0 publication Critical patent/FI894246A0/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI83543B publication Critical patent/FI83543B/fi

Links

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

83543
Seostäsmenetelmä
Keksintö kohdistuu sinkkisulfidiohutkalvojen seostami-seen mangaanilla. Tarkemmin sanottuna keksintö koskee menetelmää mangaanin seostamiseksi tasaisesti sinkkisulf idiohutkalvoon, jonka menetelmän mukaan mangaani-sulfidin muodostamiseksi sopivaa mangaaniyhdistettä syötetään seostuskammioon välillä keskeyttäen sinkkisulf idiohutkalvon kasvattaminen.
Sinkkisulfidiohutkalvoja käytetään erityisesti elektro-luminenssinäyttölaitteissa ja ne valmistetaan esimerkiksi nk. ALE-menetelmällä (ALE = Atomic Layer Epitaxy) mikä reaktanttivalinnoiltaan ja muilta proses-siolosuhteiltaan on lähellä nk. CVD-menetelmää (CVD = Chemical Vapour Deposition). Elektroluminenssinäyttö-laitteissa tyypillinen keltainen valo on peräisin juuri "· mainitusta mangaanista sen palatessa viritetystä tilas ta perustilaansa.
Sinkkisulfidiohutkalvojen sopivana valmistusmenetelmänä tunnettu ALE-menetelmä on suhteellisen uusi ja toistaiseksi vain rajoitetusti käytössä oleva. Tyydyttävästi toimivalle kalvolle välttämättömästä mangaaniseostami-sesta ei kuitenkaan ole olemassa mitään yleisesti tunnettua ratkaisua.
Muista yleisesti tunnetuista, ohutkalvotekniikan menetelmistä mangaaniseostettujen sinkkisulfidikalvojen valmistamiseksi, kuten sputteroinnista ja tyhjöhöyrys-tyksestä, ei myöskään ole suoranaista hyötyä mangaanin tasaiseen seostumiseen liittyvien ongelmien ratkaisemisen kannalta ALE- ja CVD-menetelmiin nähden.
Sinkkisulfidiohutkalvojen laadun ja tuotannollisuuden kannalta on osoittautunut ALE-menetelmässä edulliseksi käyttää reaktantteina sinkkikloridia (ZnCl2) ja rikkivetyä (H2S). Tässä menetelmässä saatetaan sub- 2 83543 straatti, esim. lasi, ensin pulssimaisesti suojakaasun, kuten puhtaan typen kanssa syötetyille sinkkikloridi-höyryille alttiiksi, jolloin ensimmäisenä vaiheena sinkkikloridi kiinnittyy substraatin pintaan. Sen jälkeen syötetään samoin pulssimaisesti rikkivetyä, jolloin substraatille muodostuu kerros sinkkisulfidia kloorin poistuessa kloorivetynä. Sen jälkeen prosessi toistetaan kunnes on muodostettu riittävä määrä puhtaita ZnS-kerroksia. Sopiva valmistuslämpötila on noin 500 + 20 °C, jolloin saavutetaan toisaalta riittävän hyvä sinkkisulfidin laatu, mutta voidaan edelleen käyttää substraatteina hinnaltaan edullisia, korkeammissa lämpötiloissa pehmeneviä lasilaatuja. Substraatit ovat tyypillisesti kooltaan noin 20 x 30 cm2·
Suoritetut kokeet, joissa mangaaniyhdisteitä on syötetty kaasuvirtausten mukana sekä ohutkalvon muodostuksen aikana että se välillä keskeyttämällä, ovat osoittaneet että mangaani pyrkii kasautumaan voimakkaasti substraatin siihen reunaan, joka on kaasujen tulosuunnassa, siis sen tuloreunaan. Näin ollen ei aikaansaada riittävän tasaista mangaanin seostumista käytännön kokoa olevalle substraatille, vaan substraatin poistoreuna jää mangaaniköyhäksi. Lievää parannusta ongelmaan on saatavissa optimoimalla kokeellisesti kaasuvirtausten kulkua ja geometriaa, mutta poikkeuksetta nämä toimenpiteet taas huonontavat tuotannollisuutta ja toistettavuutta. Sinkkisulfidiohutkalvossa haluttu mangaanipitoisuus on noin 0,7-0,9 atomi-%, optimaalisesti noin 0,8%.
Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan edellämainitut, mangaanin epätasaiseen seostamiseen liittyvät ongelmat poistaa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on siten ominaista, että mangaaniyhdisteen syötön jälkeen syötetään seostuskammioon mangaanisulfidin kanssa reagoivaa sinkkiyhdistettä.
3 83543
Erään edullisen suoritusmuodon mukaan voidaan sinkkiyh-disteen syöttö aloittaa jo mangaaniyhdisteen syöttämisen aikana.
Keksinnön mukaisesti voidaan mangaaniyhdisteenä käyttää mitä tahansa sellaista mangaaniyhdistettä, joka pystyy korvaamaan sinkkisulfidin sisältämän sinkin mangaanilla muodostaen mangaanisulfidia. Esimerkkeinä mainittakoon mangaanikloridi ja mangaanibromidi. Mangaanikloridi on edullinen yhdiste.
Sinkkiyhdisteenä käytetään sellaista, joka puolestaan pystyy reagoimaan mangaanisulfidimolekyylien kanssa vapauttaen mangaanin sopivana yhdisteenä yhtyen rikin kanssa sinkkisulfidiksi. Laitetekniseltä kannalta edullinen sinkkiyhdiste on sinkkikloridi, mutta myös muu sinkkihalogenidi, kuten sinkkibromidi, voi tulla kysymykseen.
Yksinkertaisuuden vuoksi käytetään seuraavassa selostuksessa mangaaniyhdisteenä mangaanikloridia, ja sinkkiyhdisteenä sinkkikloridia, mutta on selvää että keksintö on sovellettavissa mihin muuhun tahansa tarkoitukseen sopivaan mangaani- vastaavasti sinkkiyhdis-teeseen.
Keksinnön mukaisen menetelmän ymmärtämiseksi paremmin oletetaan että esim. ALE-menetelmällä on ensin kasvatettu substraatille puhdasta sinkkisulfidia ZnS(s). Kun sitten suojakaasuvirtauksen mukana aletaan samoissa lämpötila- ja muissa olosuhteissa syöttää mangaaniklo-ridikaasua MnCl2(g)» reagoi se sinkkisulfidin kanssa muodostaen kerrokseen mangaanisulfidia MnS(s) kun taas muodostunut kaasumainen sinkkikloridi ZnCl2(g) kulkeutuu suojakaasun mukana pois seostuskammiosta. Tämä tapahtumasarja voidaan havainnollistaa seuraavalla 4 83543 tasapainoyhtälöllä (nuolen suunta A)
A
MnCl2(g) + ZnS(s) /---» ZnCl2(g) + MnS(s) (1)
B
Koska ALE-menetelmälle on tunnusomaista että substraattien ohi virtaavat suojakaasuvirtaukset ovat riittävän voimakkaita estämään diffuusion kaasuvirtausten suunnassa, syntyy tilanne jossa mangaanikloridi reagoi substraattien tuloreunan alueella olevan sinkkisulfidin kanssa muuttaen sen jopa täysin mangaanisulfidiksi mikäli mangaanikloridia vain syötetään tarpeeksi. Olosuhteista riippuen saattaa substraattien poistoreunan alueella kuitenkin edelleen olla täysin mangaanisulfidiva-paata sinkkisulfidia, koska kaikki mangaanikloridi on reagoinut jo etureunan kohdalla. Tuloksena on siis mangaanilla epätasaisesti seostettu ja siten toiminnallisesti epätyydyttävä sinkkisulfidiohutkalvo.
Tilanteen korjaamiseksi hyödynnetään sitä tosiseikkaa, että noin 500 °C:n lämpötilassa ja ALE-menetelmässä tyypillisesti käytettävillä osapaineilla voidaan edellä mainittu yhtälö (1) saattaa kulkemaan järkevällä hyötysuhteella myös suuntaan B. Se tapahtuu syöttämällä sopivaa sinkkiyhdistettä, esimerkkitapauksessa sinkkiklo-ridia, seostuskammioon, joka tehokkaasti muuttaa substraattien etureunaan muodostunutta mangaanisulfidia takaisin mangaanikloridiksi, koska sen pitoisuus kaasu-faasissa on lähes nolla. Substraatille muodostuu sink-kisulfidia ja vapautunut mangaanikloridi kulkeutuu kaa-suvirtauksen mukana substraattien takareunaa kohti muuttuen osittain samalla mangaanisulfidiksi, koska siellä sen mooliosuus sinkkisulfidissä on alunperin pieni. Näin saadaan mangaani jakautumaan tasaisesti sinkkisulfidiohutkaIvoon.
Edellä on selostettu tapaus jossa itse substraatin etu-reunaan ylimäärin seostettu mangaani jaetaan tasaisesti n 5 83543 koko substraatille sanottua sinkkilisäreagenssia käyttämällä. Toisaalta samaa tasoitusmenetelmää voidaan käyttää hyväksi myös siten että varsinaisen substraatin eteen seostuskammiossa sovitetaan lisäkappale tai -elin, jolle mangaani ensin saostetaan mangaanisulfidi-na ja josta se sitten sinkkilisäreagenssilla vapautetaan ja siirretään tasaisesti itse varsinaiselle substraatille .
Edellä on esimerkkinä kuvattu tapausta, jossa ensin on kasvatettu puhdasta sinkkisulfidia ja jossa mangaanin pitoisuutta tasoittavana sinkkiyhdisteenä on käytetty sinkkikloridia, koska prosessilaitteen yksinkertaisuuden kannalta on edullista että lisäreaktanttina käytetään samaa yhdistettä kuin sinkkisulfidin kasvat-tamisessakin.
Sen lisäksi että kalvon mangaanipitoisuutta korjaavaa sinkkiyhdistettä syötetään mangaanikloridisyötön jälkeen, voidaan sanotun sinkkiyhdisteen syöttö aloittaa jo mangaanikloridin syötön aikana. Mangaanikloridin ja sinkkikloridin samanaikainen syöttö tasoittaa mangaani-pitoisuutta jonkin verran, mutta olemassa olevilla ALE-prosessilaitteilla riittävä mangaaniseostuksen tasai-: : suus saadaan aikaan vain syöttämällä puhdasta sinkkik- loridia vielä mangaanikloridisyötön katkaisemisen jälkeenkin .
Tietyn mangaanipitoisuuden seostamiseksi kulloinkin tarvittava syöttömäärä tai -aika määräytyy viime kädessä kokeellisesti käytetyn seostuslaitteiston ja seostettavan substraatin pinta-alan mukaan. Mikäli mangaanipitoisuutta halutaan muuttaa, se on helpointa toteuttaa kasvattamalla joko ohuempi tai paksumpi puhdas sinkkisulfidikerros pitäen seostusrutiini mangaanikloridin ja sinkkikloridin osalta ennallaan.
6 83543
Mangaanilla seostetun sinkkisulfidiohutkalvon tasaisuutta voidaan edelleen parantaa toistamalla edellä kuvattu mangaanikloridi-sinkkikloridi-syöttörutiini useampia kertoja peräkkäin samalla muuttaen yhdessä jaksossa syötettyjen mangaani- ja sinkkikloridimäärien suhteita toisiinsa.
Seuraavassa keksintö kuvataan yksityiskohtaisemmin suo-ritusesimerkin avulla.
Esimerkki
Tyypillisen elektroluminenssi-näyttölaitteen sinkkisul-fidi-mangaani-ohutkalvon valmistamiseksi kasvatetaan ALE-menetelmällä 500 °C:ssa ensin puhdasta sinkkisulfi-dia sadan atomikerroksen verran syöttämällä vuorottain sinkkikloridia ja rikkivetyä tunnettuun tapaan. Sitten keskeytetään sinkkisulfidin kasvatus. Syötetään mangaa-nikloridia runsasta yhtä mangaanisulfidimolekyyliker-rosta vastaava määrä. Tämä kestää noin minuutin seostettavan pinta-alan ollessa 1,5 m^. Aikaa kuluu suhteellisen paljon johtuen mangaanikloridin alhaisesta höyrynpaineesta kasvatuslämpötilassa (0,4 Pa, 500 °C), jolloin sen massavirtauskin jää pieneksi ollen noin 3 · 10*7 molek./sek. tyypillisillä seostuskammion suo-jakaasutilavuusvirtausnopeuksi11a. Samanaikaisesti man-gaanikloridin kanssa voidaan syöttää myös sinkkiklori-dia, jolloin noin minuutin pituinen mangaanikloridin jälkeinen sinkkikloridisyöttö riittää tyypillisellä, joka vaiheessa vakiona pysyvällä sinkkikloridin massa-virtauksella 1,5 · 10^0 molek./sek. Mikäli sinkkiklori-dia ei ole syötetty yhtaikaa mangaanikloridin kanssa, on sitä syötettävä mangaanikloridisyötön keskeyttämisen jälkeen noin puolitoista minuuttia.
Koska näyttölaitteen sinkkisulfidikerroksen paksuus on tyypillisesti 2000 atomikerrosta, toistetaan edellä se-
II
7 83543 lostettu puhtaan sinkkisulfidin kasvatus ja sen seostaminen 20 kertaa oikean kokonaispaksuuden saavuttamiseksi .

Claims (7)

8 83543
1. Menetelmä mangaanin seostamiseksi tasaisesti sinkki-sulfidiohutkalvoon, jolloin mangaanisulfidin muodostamiseksi sopivaa mangaaniyhdistettä syötetään seostus-kammioon, välillä keskeyttäen sinkkisulfidin kasvattaminen, tunnettu siitä, että mangaaniyhdisteen syötön jälkeen syötetään seostuskammioon mangaanisulfi-din kanssa reagoivaa sinkkiyhdistettä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sinkkiyhdistettä syötetään sekä samanaikaisesti mangaaniyhdisteen syötön kanssa, että sen jälkeen.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sinkkisulfidiohutkalvon kasvattamiseen käytetään ALE-menetelmää.
4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sinkkiyhdiste on sama kuin sinkkisulfidiohutkalvon kasvattamiseen käytetty yhdiste.
5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mangaaniyhdiste on mangaanikloridi.
6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sinkkiyhdiste on sinkkik-loridi.
7. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, t u n e t t u siitä, että mangaanipitoisuus sinkkisulfidikerroksessa säädetään muuttamalla puhtaana kasvatettujen sinkkisulfidikerrosten lukumäärää säilyttäen mangaaniseostusolosuhteet ennallaan. 9 83543
FI894246A 1989-09-08 1989-09-08 Dopingsfoerfarande. FI83543B (fi)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI894246A FI83543B (fi) 1989-09-08 1989-09-08 Dopingsfoerfarande.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI894246 1989-09-08
FI894246A FI83543B (fi) 1989-09-08 1989-09-08 Dopingsfoerfarande.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI894246A0 FI894246A0 (fi) 1989-09-08
FI83543B true FI83543B (fi) 1991-04-15

Family

ID=8528963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI894246A FI83543B (fi) 1989-09-08 1989-09-08 Dopingsfoerfarande.

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI83543B (fi)

Also Published As

Publication number Publication date
FI894246A0 (fi) 1989-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nishizawa et al. Mechanism of surface reaction in GaAs layer growth
US7105054B2 (en) Method and apparatus of growing a thin film onto a substrate
US20070134433A1 (en) Methods for producing silicon nitride films and silicon oxynitride films by thermal chemical vapor deposition
US5496582A (en) Process for producing electroluminescent device
KR20010062699A (ko) 박막 제조방법 및 이것을 위한 박막 제조장치
De Keijser et al. Atomic layer epitaxy of gallium arsenide with the use of atomic hydrogen
FI83543B (fi) Dopingsfoerfarande.
JPS634625A (ja) 第2−6族半導体材料の低温金属有機物質化学蒸着
FI106689B (fi) Menetelmä elektroluminenssiohutkalvon valmistamiseksi
FI83721B (fi) Dopningsfoerfarande.
US8337952B2 (en) Metal sulfide thin film and method for production thereof
US5098857A (en) Method of making semi-insulating gallium arsenide by oxygen doping in metal-organic vapor phase epitaxy
US5232868A (en) Method for forming a thin semiconductor film
US6004618A (en) Method and apparatus for fabricating electroluminescent device
EP0905287A2 (en) Method and apparatus for fabricating compound semiconductor epitaxial wafer by vapour phase growth
JP3735949B2 (ja) 青色発光材料、それを用いたel素子、及びその製造方法
Helbing et al. Growth of CaS thin films by solid source metalorganic chemical vapor deposition
RU2061113C1 (ru) Способ получения изделий из пиролитического нитрида бора
JPH07226380A (ja) 原子層結晶成長法
JP2900814B2 (ja) エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び製造装置
Bruno et al. On the use of remote RF plasma source to enhance III–V MOCVD technology
JPS5727999A (en) Vapor phase growing method for gan
FI86995B (fi) Foerfarande foer framstaellning av manganhaltiga zinksulfidtunnfilmer.
SE2150544A1 (en) Method for producing a film of a ternary or quaternary compound by ALD
JPS62182195A (ja) 3−v族化合物半導体の成長方法

Legal Events

Date Code Title Description
FC Application refused

Owner name: HYVAERINEN, JAAKKO ANTERO