ZnSe晶體生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

武夢(mèng)鴿+袁昕+汪洋+崔亮+賀世杰

摘 要：本文簡(jiǎn)述了ZnSe晶體的溶液生長(zhǎng)法、熔體生長(zhǎng)法、氣相輸運(yùn)法等制備方法以及ZnSe晶體研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，分析了這些制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)并詳述了ZnSe晶體的生長(zhǎng)過(guò)程和工藝參數(shù)的設(shè)置，對(duì)獲得高質(zhì)量的ZnSe晶體具有十分重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：ZnSe晶體；熔體生長(zhǎng)法；氣相輸運(yùn)法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.035

1 引言

ZnSe具有較高的發(fā)光效率以及較低的吸收系數(shù)，是一種很好的發(fā)光材料。它具有直接躍遷型能帶結(jié)構(gòu)，在室溫下其禁帶寬度為2.67eV，當(dāng)溫度降至4.2K時(shí)其禁帶寬度可達(dá)2.828eV。透光范圍隨溫度變化較小，一般在0.5μm～22μm范圍內(nèi)。近年來(lái)，廣泛應(yīng)用于藍(lán)光半導(dǎo)體激光器件、非線性光熱器件和紅外器件等領(lǐng)域[1-3]。因此。制備高性能ZnSe晶體成為目前一項(xiàng)主要研究任務(wù)。

近些年來(lái)，制備ZnSe晶體的方法有很多種，如Bridgman法、區(qū)熔法、水熱法、化學(xué)氣相輸運(yùn)法（CVT）、物理氣相輸運(yùn)法（ PVT ）。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者不斷改進(jìn)這些方法和工藝，努力制備出高質(zhì)量的ZnSe晶體。

2 ZnSe晶體的制備方法

2.1 溶液生長(zhǎng)法

從溶液中生長(zhǎng)晶體的主要方法是水熱法，其又稱(chēng)為高溫溶液法，其中包括溫差法、降溫法、升溫法及等溫法。目前主要采用溫差水熱結(jié)晶，依靠容器內(nèi)的溶液維持溫差對(duì)流形成飽和狀態(tài)[4，5]。

2.2 熔體生長(zhǎng)法

ZnSe是淡黃色的面心立方閃鋅礦型結(jié)構(gòu)。常壓下1000℃左右升華，約在9.8MPa高壓的惰性保護(hù)氣氛下熔點(diǎn)為1515℃。由于其在常壓下升華，只有在高壓高溫條件下才能得到ZnSe熔體，其一般通過(guò)使用電阻加熱方式獲得高溫。主要包括布里奇曼法和區(qū)熔生長(zhǎng)。

（1）布里奇曼法 該法是一種常用的晶體生長(zhǎng)方法。首先將用于晶體生長(zhǎng)用的材料裝在圓柱型的坩堝中，然后緩慢地下降，并通過(guò)一個(gè)具有一定溫度梯度的加熱爐，爐溫控制在略高于材料的熔點(diǎn)附近。

（2）區(qū)熔生長(zhǎng) 區(qū)熔法又稱(chēng)Fz法，即懸浮區(qū)熔法。區(qū)熔法是利用熱能在半導(dǎo)體棒料的一端產(chǎn)生一熔區(qū)，再熔接晶體籽晶。調(diào)節(jié)溫度使熔區(qū)緩慢地向棒的另一端移動(dòng)，通過(guò)整根棒料，生長(zhǎng)成一根晶體，晶向與籽晶的相同。

2.3 氣相輸運(yùn)法

氣相輸運(yùn)法一般分為化學(xué)氣相輸運(yùn)法和物理氣相輸運(yùn)法兩種。此法一般是通過(guò)加熱等使物質(zhì)揮發(fā)或分解出氣體，通過(guò)輸運(yùn)至溫度較低的位置并與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的材料合成方法。氣相生長(zhǎng)分為單組分體系和多組分體系生長(zhǎng)兩種。單組分氣相生長(zhǎng)要求氣相具備足夠高的蒸氣壓，利用在高溫區(qū)汽化升華、在低溫區(qū)凝結(jié)生長(zhǎng)的原理進(jìn)行生長(zhǎng)所生長(zhǎng)的大多為針狀、片狀的晶體體。多組分氣相生長(zhǎng)一般多用于薄膜生長(zhǎng)，其中外延生長(zhǎng)是一種晶體浮生于另一種晶體上。其制備工藝具有反應(yīng)效率高、純度高和合成溫度低等特點(diǎn)。

3 ZnSe晶體基本性質(zhì)

ZnSe晶體的生長(zhǎng)技術(shù)還需要進(jìn)一步的改進(jìn)，急需解決的問(wèn)題是晶體生長(zhǎng)過(guò)程中溫度場(chǎng)的控制、物質(zhì)傳輸控制、工藝條件控制以及晶體質(zhì)量等，這些問(wèn)題的解決都需要深刻理解ZnSe晶體的性質(zhì)[7]。ZnSe的熔點(diǎn)是1530℃，它在常壓下1000℃直接從固體升華，只有在高溫高壓下才可以將其從固體變?yōu)槿垠w，因而給制備加工ZnSe晶體帶來(lái)很大的困難。ZnSe作為一種典型的紅外材料與光電功能材料，其分子式為ZnSe，分子量為144.33，其主要有常溫穩(wěn)定相立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)和高溫穩(wěn)定相六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)兩種晶型，兩者大約在1425°溫度下會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變。其中比較常見(jiàn)的閃鋅礦ZnSe結(jié)構(gòu)屬于立方晶系。

4 結(jié)論

為了獲得高質(zhì)量的ZnSe晶體，需要針對(duì)ZnSe的基本性質(zhì)，根據(jù)各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)熔體法制備的ZnSe晶體，可以獲得大尺寸工業(yè)生產(chǎn)，但其純度有待改進(jìn)。針對(duì)氣相法制備的ZnSe晶體，純度較高，但尺寸有待于進(jìn)一步增加，如果能解決這兩個(gè)關(guān)鍵的純度和尺寸的問(wèn)題，即降低了成本，又獲得了高質(zhì)量的ZnSe晶體，滿(mǎn)足了工業(yè)化需求，將會(huì)解決這里材料的關(guān)鍵問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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