[发明专利]碲化锌单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种碲化锌单晶的制备方法，用于解决现有方法制备的碲化锌单晶质量差的技术问题。技术方案是将高纯的碲单质和合成的碲化锌多晶料放入石英坩埚中，在高真空下熔封。然后，将石英坩埚放入ACRT型五温区晶体生长炉中。首先以一定的升温速率加热，得到预先设定的温场，保温一段时间，坩埚以0.1‑0.2mm/h的速率下降，晶体生长的温度梯度为10±1℃/cm和结晶温度为1060±1℃；生长过程中温场一直不变，晶体生长后以3℃/h降温，降温时间为50h，然后以5℃/h的速率降温，降温时间为100h，最后关闭电源，炉冷。获得了具有足够长度、结晶质量好的ZnTe晶体。

技术领域

本发明属于Ⅱ-Ⅵ族半导体材料制备领域，特别涉及一种碲化锌单晶的制备方法。

背景技术

ZnTe为II-VI直接带隙的化合物半导体，室温带隙宽度为2.26eV，可用于制备黄色和绿色发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。ZnTe具有良好的相位匹配特性和较好的光电性质，作为光整流产生和探测THz辐射的器件具有很大的应用价值。相对于其它的II–VI族化合物半导体材料，ZnTe的生长及表征的研究相对较少，缺乏足够的实验结果来支撑晶体制备及器件研究工作的深入展开。目前，ZnTe晶体的价格高，结晶质量还有待提高，严重制约相关研究的开展。因此，高效地生长出高质量的ZnTe体单晶是非常关键的。

根据生长ZnTe单晶的母相不同，可以将制备碲化锌单晶的方法分为：气相法、熔体法、溶剂法。气相法生长ZnTe晶体是将多晶料密封在坩埚中，然后置于有温度梯度的生长炉中，利用原材料的升华、气相输运及重结晶生长出晶体。熔体法生长ZnTe晶体时原料符合化学计量比，在一维温度梯度中，熔体随温场的降低，晶体进行定向生长。溶剂法生长ZnTe晶体是从添加了可以降低体系结晶温度的溶剂的溶液中生长ZnTe晶体，通常选用Zn或Te溶剂。

文献1“Uen W Y,Chou S Y,Shin H Y,et al.Characterizations of ZnTe bulksgrown by temperature gradient solution growth[J].Materials Science andEngineering:B,2004,106(1):27-32.”公开了一种制备ZnTe单晶的方法，该方法是从添加了降低体系结晶温度的溶剂的溶液中析出ZnTe单晶体。该方法生长晶体中，溶质的析出温度线是非线性下降的，给温场的控制带来诸多的不便。由于降温析出，会导致不同时间析出晶体中的过饱和固溶Te含量或Te沉淀相的分布不均匀。并且随着晶体的生长进行，溶液越稀薄，导致后析出的晶体可能出现比较多的夹杂相及相关诱生缺陷，晶体的质量低。

发明内容

为了克服现有方法制备的碲化锌单晶质量差的不足，本发明提供一种碲化锌单晶的制备方法。该方法将高纯的碲单质和合成的碲化锌多晶料放入石英坩埚中，在高真空下熔封。然后，将石英坩埚放入ACRT型五温区晶体生长炉中。首先以一定的升温速率加热，得到预先设定的温场，保温一段时间，坩埚以0.1-0.2mm/h的速率下降，晶体生长的温度梯度为10±1℃/cm和结晶温度为1060±1℃；生长过程中温场一直不变，晶体生长后以3℃/h降温，降温时间为50h，然后以5℃/h的速率降温，降温时间为100h，最后关闭电源，炉冷。获得了具有足够长度、结晶质量好的ZnTe晶体。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种碲化锌单晶的制备方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、清洗两根石英坩埚上的油污，并将石英坩埚浸泡在分析纯丙酮中24h；将石英坩埚浸泡在浓盐酸和浓硝酸体积比为3:1的溶液中24h；将石英坩埚浸泡在浓度为10％的氢氟酸溶液中30min，取出石英坩埚，用去离子水清洗，于100℃下烘干。

步骤二、将纯度为99.9999％的锌和碲单质原料装入清洗处理后的第一石英坩埚中，抽真空至10^-5Pa量级时熔封，合成多晶料。