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Si衬底上ZnSe,ZnTe薄膜及其量子阱的LP-MOCVD生长和光学特性

王晓华  
【摘要】: 宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,尤其是ZnSe和ZnTe及其合金具有宽带隙、直接带跃迁、激子束缚能大等优点而作为蓝和蓝绿发光、激光以及在该波段响应的光学双稳和光学非线性的重要候选材料。以往的宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体都是以GaAs为衬底材料的,这就造成了宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体光电子材料与Si基微电子技术的分离。为了解决这一问题,人们尝试在Si衬底上进行光子材料的制备。 本文中,我们利用ZnO与Si衬底上氧化层—SiO_x有很好的浸润性这一特点,采用ZnO作为缓冲层,用低压-金属有机物气相沉积(LP-MOCVD)设备在Si衬底上生长ZnSe和ZnTe薄膜以及ZnCdSe/ZnSe和ZnCdTe/ZnTe量子阱结构,并对其发光特性进行了研究,获得的主要研究结果如下: 1、在Si衬底上获得了较高质量的ZnO薄膜。采用对Si衬底进行氮化的方法,利用MO-PECVD生长ZnO薄膜,其XRD谱的FWHM为0.20°。采用电子束蒸发的方法在Si衬底上生长ZnO薄膜,通过退火实验,得到了最佳的退火条件。 2、以ZnO为缓冲层,在Si衬底上生长ZnSe、ZnTe薄膜。并通过对ZnO-Si进行不同退火时间和退火温度的实验,获得了质量较好的ZnSe和ZnTe薄膜。 3、以ZnO为缓冲层,在Si衬底上生长了ZnCdSe/ZnSe和ZnCdTe/ZnTe量子阱结构。通过对不同阱宽和变温样品PL谱的测量,得到随样品测量温度和阱宽的不同,PL谱峰发生移动,说明我们得到了量子阱结构。ZnCdSe/ZnSe量子阱材料的PL谱得到了520nm附近较强的发光,RRS谱获得多达3级的共振谱。ZnCdTe/ZnTe量子阱结构的表面没有微裂纹,其发光强度较直接在Si衬底上生长的ZnCdTe/ZnTe量子阱有很大提高。 4、解释了ZnO缓冲层对提高生长材料质量的作用机理。认为由于ZnO的存在消除了电荷不匹配以及减少热应力对在Si衬底上生长宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体材料带来的影响从而减少界面间的缺陷的产生。


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