Si衬底上低压MOCVD生长ZnS，ZnSe薄膜和ZnSe量子点

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<,2>S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<,2>Se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77 K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.

目录

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摘要

Abstract

第一章引言

参考文献

第二章宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体及量子点研究与发展概况

2.1宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体的基本性质与研究进展

2.1.1 Ⅱ - Ⅵ族半导体的基本性质

2.1.2宽带Ⅱ -Ⅵ族半导体的发展概况

2.2半导体量子点的基本性质与制备方法

2.2.1半导体量子点的基本性质

2.2.2半导体量子点的制备方法

2.3在Si衬底上外延生长Ⅱ-Ⅵ族半导体的进展

2.3.1 Si基发光材料的发展概况

2.3.2在Si衬底上外延生长宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体的研究进展

参考文献

第三章实验样品的制备与表征

3.1生长制备系统

3.1.1常规MOCVD系统

3.1.2光助MOCVD系统

3.2物理测量

3.2.1X-射线衍射

3.2.2扫描电子显微镜

3.2.3光致发光

参考文献

第四章光助MOCVD系统的改造及光助MOCVD生长ZnSe，ZnSe：N薄膜

4.1光助MOCVD系统的改造

4.2光助MOCVD生长ZnSe薄膜

4.2.1光助MOCVDZnSe薄膜的制备

4.2.2光助MOCVDZnSe薄膜的表征

4.2.3光助的生长机理

4.3光助MOCVD生长ZnSe：N薄膜

4.4本章小结

参考文献

第五章Si衬底上ZnS薄膜的低压MOCVD生长

5.1衬底的清洗处理

5.2 Si衬底上ZnS薄膜的制备和表征

5.2.1 Si衬底上ZnS薄膜的制备过程

5.2.2Si衬底上ZnS薄膜的表征

5.2.3 Si衬底上生长ZnS薄膜的理论分析

5.3本章小结

参考文献

第六章Si衬底上ZnSe薄膜的低压MOCVD生长

6.1Si衬底上ZnSe薄膜的制备

6.2Si衬底上ZnSe薄膜的表征

6.3本章小结

参考文献

第七章Si村底上低压MOCVD生长ZnSe量子点

7.1半导体量子点制备的外延生长方法

7.2 Si衬底上V-W模式ZnSe/ZnS量子点结构的制备

7.3 Si衬底上V-W模式ZnSe/ZnS量子点结构的表征

7.4本章小结

参考文献

第八章结论

附录

一、主要工作

二、发表的论文

三、个人简历

致谢

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