157681. lajstromszámú szabadalom • Eljárás heteroátmenetek előállítására
3 1576&1 4 lás közben vagy azt megelőzően, már alacsonyabb hőmérsékleten is, jelentősen disszociál. Ismeretes továbbá, hogy a különféle egyensúlyi folyamatokon alapuló kémiai transzportmódszereket nagy mértékben befolyásolják a nyomás, hőmérséklet, koncentráció viszonyok, és szenynyezők. Germániumot germániumra vagy galliumfoszfidot galliumfoszfidra transzportálni viszonylag egyszerű feladat, de több komponens esetében a műveletek igen bonyolulttá válnak. Két kristályfelület Összeolvasztása például germánium-szilicium esetében bevált módszer heteroátmenet kialakítására, de ez a módszer csak alacsony olvadáspontú vegyületekre terjeszthető ki. Megemlíthetjük még az oldószerek alkalmazásán alapuló technikát. Ismeretes, hogy számos félvezető anyag oldódik alacsony olvadáspontú fémekben. Ilyen oldatokból való anyagleválasztással többen foglalkoztak, de az a metodika több komponensű rendszernél az előbbiekhez hasonlóan igen körülményes. Találmányunknak az a lényege, hogy egy kétvagy több komponensű félvezető vegyületből kiindulva részben annak anyagából a kristály felületén szubsztitúciós reakcióval alakítjuk ki a heteroátmenetet létrehozó második fázist. CdSe+Zn-* ZnSe+Cd, kéngőzben izzítva a CdSe+S-CdS+Se reakció megy végbe. A reakciók sebességét (adott hőmérsékleten és nyomáson) a folyamat közben felszabaduló hő és az a sebesség határozza meg, amellyel a reakcióban résztvevő komponensek a kristályrácsba be-, illetve onnan kidiffundálnak. Tapasztalatunk szerint általában a kisebb ionsugarú, kation jellegű komponens cserélődik ki könnyebben. A heteroátmenet epitaxiális kialakulásához az ismeretes kristályszerkezeti hasonlóságnak kell a két komponensű megfelelő orientációjú alapkristály lapja, illetve az azon képződő második fázis között fennállni. > A heteroátmeneteket részben zárt, részben nyitott rendszerben készítettük. A zárt elrendezés általában vákuumban lezárt kvarccsőbe helyezett alapanyagot és szubsztitúciós partnert jelent. Adott esetben a reakció homogén hőzónában is végrehajtható, de többnyire kívánatos, hogy az alapanyagot viszonylag magas hőmérsékleten tartsuk, és eközben a szubsztitúciós partner gőznyomása néhány száz torr legyen. Ilyen esetekben a szükséges viszonyokat kétzónás csőkemencében tág határok között változtathatjuk. A szubsztitúciós reakció nyitott rendszerben (kvarc vagy alundum készülékben) is végrehajtható. A kellő hőmérsékleten tartott alapvegyület felett célszerűen oxigénmentes vivőgázáram segítségével áramoltatjuk a szubsztitúciós partner gőzeit; ily módon nem kell számolnunk a zárt rendszerben esetleg beálló reakcióegyensúllyal. Az alábbi példákon szemléltetjük ä találmány szerinti eljárás néhány gyakorlati végrehajtását, anélkül azonban, hogy a szabadalom oltalmi körét ezekre kívánnánk korlátozni. 1. példa 0,5 g mikrokristályos, nagy tisztaságú kadmiumszulfidot és 0,02 g 99,999%-os tisztaságú cinket 10—5 torr nyomáson kvarc ampullába zártunk. Az ampullát 3 óra hosszat homogén hőzónában 860 C°-on tartottuk. A kapott mikrokristályos termék 3650 Ä hullámhosszú ultraibolya gerjesztés hatására adta mind a kadmiumszulfidra jellemző vörös és zöld, mind a cinkszulfidra jellemző kék fotolumineszcens emissziót, ami arra mutat, hogy a kadmiumszulfid szemcséken cinkszulfid bevonat képződött. 2. példa » Egy 0,5X2X4 mm méretű fekete kadmiumszelenid kristályt és 0,05 g 99,999%-os tisztaságú cinket 10—5 torr nyomás alatt 100 mm hosszú és 10 mm belső átmérőjű kvarccsőbe zártuk. Az ampullát 4 óra hosszat csőkemencében hőkezeltük oly módon, hogy a kadmiumszelenid kristály 920 C°-on volt, a kvarccső leghidegebb pontja pedig 750 C°-on. A kristály felületén 20^ vastag, összefüggő narancssárga ZnSe-(Zn, Cd) Se réteg keletkezett, tehát a kadmiumszelenid felületi rétegében a kadmium cinkkel cserélődött ki, és a cink a kristályba is bediffundált. A látható hullámhossz tartományban eredetileg nem világító kristály 3650 A hullámhosszú gerjesztés hatására narancssárgán emittált. 3. példa Galliummal aktivált 0,2X2X3 mm méretű cinkszelenid kristályt helyeztünk el egy nyitott csőkemence 970 C°-os zónájában. A kemencén 30 liter/óra sebességgel előzőleg 300 C°-os zónában elhelyezett kénforrás fölött elvezetett, száraz, oxigénmentes nitrogéngázt áramoltattunk át. A kéngőz nyomása a rendszerben kb. 100 torr 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Kísérleteinket elsősorban AnI B v és A n B VI típusú vegyületekkel végeztük. Sikerült létrehoznunk GaP-GaAs, ZnS—ZnSe, ZnSe—CdSe, ZnS—CdS stb. rendszereket. Alapanyagként a képletben másodiknak feltüntetett vegyületeket 35 használtuk fel mikrokristályos, egykristályos vagy párologtatott réteg alakjában. Az alapanyag felületén és annak közelében annak egyik komponensét alkalmas gáztérben történő hőkezeléssel szubsztitúciós reakció segítségével kiese- 40 réltük. Például kadmiumszelenidet cink-atmoszférában hőkezelve a 7
