IIVI族化合物半导体.ppt

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1、1(3)Ⅱ-Ⅵ族化合物熔点较高，在熔点下具有一定的气压，而且组成化合物的单质蒸汽压也较高。制备Ⅱ-Ⅵ族化合物的完整单晶体比较困难；除CdTe可以生成两种导电类型的晶体外，其它均为单一的导电类型，而且多数为N型，很难用掺杂方法获得P型材料。这是由于Ⅱ-Ⅵ族化合物晶体内点缺陷密度大，易发生补偿效应。这类材料除少数外，很难制成P-N结。这限制了Ⅱ-Ⅵ族化合物材料在生产方面和应用方面不如Ⅲ-Ⅴ族化合物材料普遍。2Ⅱ-Ⅵ族化合物的能带结构都是直接跃迁型，且在Г点（k=0）的能带间隙（禁带宽度）比周期表中同一系列中的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体和元素半导体的Eg

2、大。如:ZnSe的Eg=2.7eV、GaAs的Eg=1.43eV、Ge的Eg=0.67eV。Ⅱ-Ⅵ族化合物随着原子序数的增加，Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体的禁带宽度逐渐变小。3(e)ZnSe能带；(J)CdTe能带：459-1II—VI族化合物单晶材料的制备1．II—VI族化合物单晶制备II—VI族化合物单晶生长方法有很多种。其个最主要的有：高压熔融法、升华法、移动加热法等几种。(1)高压熔融法（垂直布里奇曼法）II-VI族化合物在熔点其蒸气压和解离度较大，且在远低于它们的熔点时，就分解为挥发性组元，因此晶体只能在高压力下从熔体生长。例如：CdS在10

3、0大气压1470℃才熔化，ZnS亦需在几十大气压1830℃才熔化，CdTe需要的压力较低，在大气压下1090℃下即可熔化。6垂直布里奇曼炉将纯Cd和纯Te按一定计量比装入石英瓶，抽真空(10—8mmHg)后封闭，放入坩埚内，热区温度保持在熔点，待熔融后，以1—5mm／h的速度下降坩埚并转动，即可得到CdTe单晶。还可生长ZnSeCdSe和CdS等单晶。7（2）升华法升华法是利用II-VI族化合物固体在某一温度、压力下可以发生升华的现象，使升华的蒸汽冷凝生成晶体。8（3）移动加热法移动加热法分为移动溶液法和移动升华法。移动溶液法是生长高质量单晶的

4、最简单、最可靠地方法之一。移动升华法与移动溶液法相似，只是生长反应管中为真空。92.II—VI族化合物的外延生长III-V族化合物外延生长方法，几乎都可用来生长II—VI族化合物薄膜。LPE法生长II—VI族化合物薄膜是制作发光管工艺中较成熟的方法。生长设备一般采用倾斜或水平滑动舟等。溶剂：Te用的最多，此外还有Bi、Zn、Se、Sn、Zn-Ga、Zn-Ga-In等元素或合金。10(2)MOVPE法用MOVPE法制备的ZnSe薄膜在纯度和晶体完整性上均优于普通的气相外延法。MOVPE法的生长速率高、生长温度低，是常用的方法。11（3）HWE法H

5、otwallepitaxy法是一种气相外延技术。优点：设备简单、造价低、节省原材料等，广泛应用在II-VI族和IV－VI族化合物薄膜材料的生长。特点：热壁的作用使得外延生长在与源温度接近的情况下进行。如：生长CdS薄膜，衬底温度为450℃，源温比衬底温度高25℃，外延层含较低的杂质和缺陷。12外延层的生长速率R随沉积温度变化为E：激活能，C：常数，k：玻尔兹曼常数。R随衬底温度的这种变化，是由于温度升高加速了组分A和B的反应，促进形成化合物AB的速度。139-2Ⅱ-Ⅵ族化合物的点缺陷与自补偿现象1、两性半导体Ⅱ-Ⅵ族化合物晶体比Ⅲ-Ⅴ族化合物

6、晶体容易产生缺陷。Ⅱ-Ⅵ族化合物晶体中的点缺陷会造成其组成化学计量比的偏离，引起导电类型发生变化。MX表示Ⅱ-Ⅵ族化合物，在MX中的点缺陷主要有(1）空位VM、VX，（2）间隙原子Mi、Xi，（3）反结构缺陷MX、XM，（4）以及外来杂质F等。点缺陷在一定条件下会发生电离，放出电子或空穴呈现施主或受主性质。1415对离子性强的化合物半导体（如II-VI族化合物CdTe等），一般认为有下列规律：“正电性强的原子空位VM起受主作用，负电性强的原子空位Vx起施主作用”。化合物MX，认为是由M+2和X-2组成的晶体。形成Vx时，相当于在晶体X格点上拿

7、走一个电中性的X原子。Vx处留下两个电子；空位Vx处的这两个电子与其周围带正电的M+2作用，使其电荷正好抵消，Vx处保持电中性。16两个电子不是填充在原子（或离子）的满电子壳层上，容易被激发而成为自由电子，变为导带中的电子，因而负离子空位Vx起施主作用。当Vx给出一个电子后，本身便带正电荷以Vx+表示。当给出两个电子后，本身便带二个正电荷，用Vx+2表示。17正离子空位VM的产生是从M+2格点处拿走一个电中性的M原子，VM处留下二个空穴（二个正电荷+e）。空穴可激发到价带成为自由空穴，故VM起受主作用。VM也是电中性的，给出一个空穴后带负电；给

8、出二个空穴后成为VM-2。根据质量作用定律得：两种空位浓度之乘积[Vx]•[VM]在一定温度下是一个常数，增大其中的一者，必定减少另一者。18当改变与