[发明专利]一种碲化锌单晶生长技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种碲化锌单晶的底部籽晶法生长技术，属于晶体生 长领域。

背景技术

碲化锌(ZnTe)是非常有潜力的绿色LED半导体材料。ZnTe是 直接迁移型半导体，而GaP是间接迁移型半导体，所以ZnTe内的电 子和正空穴更容易结合，便于提高发光效率。与目前商业化的GaP类 绿色LED相比，ZnTe类绿色LED材料费和制造成本较低，制造1个 LED器件的材料费仅为GaP类LED的1/4左右。此外，ZnTe还可应 用于THz器件和电光传感器，ZnTe的电光系数高于大多数其它化合 物半导体。近几年来，ZnTe材料及其相关产业发展迅速，产业规模越 来越大，前景十分诱人。

目前，生长II-VI族化合物半导体单晶的技术有气相法和液相法， 液相法又包括熔体法和溶液法，其中熔体法受到广泛研究，发展出诸 如液封泡生法(LEK)、垂直梯度凝固法(VGF)、垂直布里奇曼法(VB) 等多种方法。其中，VGF法具有较小的温度梯度，生长的ZnTe单晶 缺陷很少，但很难控制生长方向，难以满足不同器件的应用需求。LEK 法可以采用<100>和<110>籽晶进行晶体生长，但较难获得高质量的晶 体，重复性较差。VB法与VGF方法比较接近，但生长温度略高，蒸 气压大，对设备要求很高，成本也较高。物理气相传输法(PVT)和籽 晶气相法(SVPFG)是两种气相生长技术，相对容易获得ZnTe晶体， 引入籽晶可减少晶界和孪晶等缺陷，但晶体质量难控制，缺陷较多。 近年来，人们还发展了温度梯度溶液法(TGSG)生长工艺，可显著 降低生长温度，从而在较低蒸气压下生长ZnTe晶体，缺点是无籽晶， 所得晶体尺寸小，质量不高。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服现有生长技术中晶体生长方向难于 控制、重复性差、产率低、不适工业化生产等缺点，发明一种ZnTe 单晶的底部籽晶法生长新技术，以期实现ZnTe晶体的低成本、批量 化、自动化生产。

本发明的技术方案

本发明的一种ZnTe单晶生长技术是通过将预先合成好的高纯富 碲多晶ZnTe原料，装入底部有种井和籽晶的PBN坩埚内，抽真空并 密封于外层石英坩埚内，放置于三温区的下降炉内，炉温控制在 800～1250℃，下降速率为0.5～1mm/h。同一炉内可放置多个坩埚，同 时生长多根晶体。晶体生长结束后，通过调整适当的坩埚位置和控制 炉温，可对晶体实行原位退火以消除热应力，减少晶体内部缺陷。

本发明的一种ZnTe单晶生长技术，其特征在于包括如下步骤：

(1)、原料配制：采用高纯Zn和Te金属配制富Te的初始原料，其 中Te含量在60-90mol％范围内，在密闭条件下加热到约 1000℃～1200℃后进行化学反应合成富碲的ZnTe多晶料；可根 据需要在高纯Zn和Te原料中掺入少量P，Al，Cr，用于生长掺 杂P，Al，Cr的ZnTe晶体；

(2)、晶体生长：将步骤(1)中所得的ZnTe晶体，经X射线定向仪 精确定向，切割、研磨成直径10-20mm的ZnTe籽晶，根据需 要籽晶取向可为<100>、<110>或其它方向，用去离子水清洗干 净并烘干后装入PBN坩埚的种井位置，然后装入富碲的ZnTe 多晶料，密封于石英坩埚内。将之移入下降炉高温区(T1)内， 炉温控制在1000～1250℃；保温2-3小时，待原料全部充分熔 化后，调整坩埚位置使籽晶顶部融化，启动下降机构，开始晶 体生长，界面温度梯度为20～40℃/cm，生长速度为0.2～3mm/h； 在三温区的下降炉内，多个坩埚可同时进行上述相同操作，以 实现同步生长；

(3)、退火处理：待原料全部结晶后，将坩埚移至下降炉的低温区(T3) 内，在700～900℃下保温8～12h，消除晶体内部热应力，然后 以30～50℃/h的速率缓慢降温至室温，可获得ZnTe单晶。

本发明的有益效果

本发明的ZnTe单晶的底部籽晶法生长技术，所用的生长炉结构 简单，操作方便，炉膛内部温度梯度可调节，且由于原位退火可降低 热应力引起的晶体缺陷，同时由于炉内多个等效工位可同时生长多根 晶体，降低晶体成本，非常适合规模生产。

具体实施方式

下面通过实施例阐述本发明，但并不限制本发明。