武夢鴿+袁昕+汪洋+崔亮+賀世杰

摘 要：本文簡述了ZnSe晶體的溶液生長法、熔體生長法、氣相輸運法等制備方法以及ZnSe晶體研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，分析了這些制備方法的優(yōu)缺點并詳述了ZnSe晶體的生長過程和工藝參數(shù)的設(shè)置，對獲得高質(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；熔體生長法；氣相輸運法

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時其禁帶寬度可達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，廣泛應(yīng)用于藍光半導(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晶體成為目前一項主要研究任務(wù)。

近些年來，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)氣相輸運法（CVT）、物理氣相輸運法（ PVT ）。國內(nèi)外專家學(xué)者不斷改進這些方法和工藝，努力制備出高質(zhì)量的ZnSe晶體。

2 ZnSe晶體的制備方法

2.1 溶液生長法

從溶液中生長晶體的主要方法是水熱法，其又稱為高溫溶液法，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)的溶液維持溫差對流形成飽和狀態(tài)[4，5]。

2.2 熔體生長法

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高壓的惰性保護氣氛下熔點為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。

（1）布里奇曼法 該法是一種常用的晶體生長方法。首先將用于晶體生長用的材料裝在圓柱型的坩堝中，然后緩慢地下降，并通過一個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附近。

（2）區(qū)熔生長 區(qū)熔法又稱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，通過整根棒料，生長成一根晶體，晶向與籽晶的相同。

2.3 氣相輸運法

氣相輸運法一般分為化學(xué)氣相輸運法和物理氣相輸運法兩種。此法一般是通過加熱等使物質(zhì)揮發(fā)或分解出氣體，通過輸運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。氣相生長分為單組分體系和多組分體系生長兩種。單組分氣相生長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)生長的原理進行生長所生長的大多為針狀、片狀的晶體體。多組分氣相生長一般多用于薄膜生長，其中外延生長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。

3 ZnSe晶體基本性質(zhì)

ZnSe晶體的生長技術(shù)還需要進一步的改進，急需解決的問題是晶體生長過程中溫度場的控制、物質(zhì)傳輸控制、工藝條件控制以及晶體質(zhì)量等，這些問題的解決都需要深刻理解ZnSe晶體的性質(zhì)[7]。ZnSe的熔點是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°溫度下會發(fā)生相轉(zhuǎn)變。其中比較常見的閃鋅礦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ZnSe的基本性質(zhì)，根據(jù)各種制備方法的優(yōu)缺點，針對熔體法制備的ZnSe晶體，可以獲得大尺寸工業(yè)生產(chǎn)，但其純度有待改進。針對氣相法制備的ZnSe晶體，純度較高，但尺寸有待于進一步增加，如果能解決這兩個關(guān)鍵的純度和尺寸的問題，即降低了成本，又獲得了高質(zhì)量的ZnSe晶體，滿足了工業(yè)化需求，將會解決這里材料的關(guān)鍵問題。

參考文獻：

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基金項目 ：國家大學(xué)生創(chuàng)新項目（201510702022）endprint