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Si衬底上低压MOCVD生长ZnS,ZnSe薄膜和ZnSe量子点

赵晓薇  
【摘要】: 宽带Ⅱ—Ⅵ族半导体材料如ZnS、ZnSe因其优异的光电特性成为蓝绿半导体发光和激光光电子器件的重要候选材料。如果利用外延技术,在硅衬底上外延生长直接带隙的宽带Ⅱ—Ⅵ族半导体材料,就可以把硅在微电子集成技术中的优势与宽带Ⅱ—Ⅵ族材料在光电特性方面的优势结合起来,使器件兼有高性能和低成本的优点。 本论文利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统控制生长条件制备了ZnS、ZnSe薄膜和ZnSe量子点。主要取得了以下结果: 1、利用LP-MOCVD系统,以H_2S和DMZn为源材料,未经高温预热处理Si衬底,制备了ZnS单晶薄膜。随着生长温度的降低,ZnS单晶薄膜质量提高,由在300℃时得到较小X-射线衍射FWHM的结果表明获得了结晶质量较高的ZnS单晶薄膜。ZnS薄膜中Zn/S原子比都接近1:1,制备的ZnS薄膜具有较好的化学计量比。 2、利用LP-MOCVD系统,以H_2Se和DMZn为源材料,在Si衬底上制备了ZnSe单晶薄膜。研究发现实验中ZnSe薄膜生长速率主要受DMZn流量控制。ZnSe薄膜中Zn/Se原子比都接近1:1,制备的ZnSe薄膜具有较好的化学计量比。ZnSe薄膜样品在77K时,光致发光谱中只观测到了近带边的发射,而且这一发光一直持续到室温,说明在Si衬底上LP-MOCVD外延生长的ZnSe薄膜具有较高的质量。 3、采用LP-MOCVD系统,在Si衬底上以V-W生长模式制备了5个周期循环生长的ZnSe/ZnS量子结构的样品。当ZnSe生长时间缩短时,其77K的PL谱峰蓝移增大。对样品作变温光谱发现,该结构的发光峰宽度随温度的升高先减小然后才增大,这正是量子点结构的特征之一。这表明我们制备的样品是ZnSe量子点。 4、作为主要成员参加了中国科学院仪器改造项目—光助MOCVD系统的改造工作。为了测试改造后的光助MOCVD系统的性能,用该系统制备了ZnSe和ZnSe:N薄膜。


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