znse薄膜化学反应助热壁外延生长及性能表征

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1、摘要ZnSe作为一种重要的II-VI族半导体材料，具有禁带宽、直接带隙跃迁，激子束缚能大，光、电性能优良等优点，这使其成为蓝绿色发光、激光以及该波段相应的光学非线性材料，在光发射器件、非线性光电器件和红外器件等方面有着广泛的应用。目前ZnSe体单晶的制备技术尚不成熟，使用更多的是ZnSe薄膜和多晶。本文主要对ZnSe薄膜制备、结构和性能进行了研究。ZnSe薄膜的制备采用化学反应助热壁外延法，通过将新型化学气相反应促进剂Zn(NH4113c15引入到热壁外延系统中，以二元素单质盈和Se为原料，直接在Si(111)衬底上生长了高质量的ZnSe晶体薄膜。采用sEM、

2、AFM、EDS、XRD和PL谱等技术研究了生长的ZnSe薄膜的形貌、成分和发光特性。研究了主要工艺参数对薄膜生长形貌和性能的影响。研究结果表明，热壁温度和生长时间是影响ZnSe薄膜形貌的主要因素；气相反应促进剂在薄膜生长和调节成分方面扮演了关键角色，Zn(NH4)3C15的存在使得Zn(g)和Se2(g)合成ZnSe晶体的反应转变为气固非一致反应，从而更容易获得近乎理想化学计量比的ZnSe薄膜。在以Zn(NI-14)3C15为输运剂或者反应促进剂，以单质zn和Se为原料生长ZnSe晶体时，为了得到最优的生长条件，对Zn--Se--Zn(NH4)3C15系统进行

3、热力学分析，通过计算反应达到平衡状态时，Zn．Se-Zn(NH4)3C15系统中存在的各气相组分的分压随温度和输运剂浓度的变化，确定了最适合的气相生长工艺。计算表明，在Zn-Se．Zn(NH4)3C15气相反应系统中，存在一个特征温度范围，此特征温度为1647．1729K左右，并且与输运剂浓度无关。当生长温度在此特征温度范围时，所生长的ZnSe晶体严格符合化学计量比1：1，高于或低于特征温度范围将得到富Zn或富se的晶体。关键词：ZnSe薄膜，热壁外延，Zn(NH4)3C15，分压ABSTRACTAsanimportmantdirectwide—band-ga

4、pII-VIsemiconductor,ZnSehasdirectbandgaptransition,highexcitonboundenergyandexcellentoptical，electricalproperties,whichmakesitakindofwell-knownluminous，non-linearoptical，lasermaterialandhavingawideapplicationinthefabricationofblue-greenlightdiodes．nonliearoptical—electroniccomponent

5、sandinfrareddevices．Forthedifficultiesinsinglecrystalgromh,thesedevicesaremostlyproducedbyZnSefilmandPOlycrystalatpresen．Inthispaper,thepreparation,structureandpropertiesofZnSefilmsarestudied．n忙chemicalactivatedhotwallepitaxymethodwasusedtogrowZnSe．UsingcompoundZn(NH4)3CIsastranspor

6、tagent，theZnSefilmispreparedonSi(1l1)substratesusingZnandSeSOurces．TheZnSefilmswerecharacterizedbySEM．EDSandPLspectrafortheirmorpholo#es，compositionandluminescenceproperties．Alsotheinfluencesofprocessparametersonthemorphologiesandpropertlsofthefilmwerestudied．Theresultsindicatethatt

7、hehotwalltemperatureandthedepositiontimewerethemainfactorinfluencingthemorphologyofZnSefdms．ThecompoundZn(NH4)3C15，asthechemicalactivatedagent,wasrevealedtopromotethegrowthofZnSewimthestoichiometriccompositionbyavoidingthekineticslimitationofthecongruentsublimationconditions．Inorder

8、tochoosetheoptimumg