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MOCVD法在GaAs衬底上生长CdTe的研究
MOCVD法在GaAs衬底上生长CdTe的研究
摘要：
CdTe是一种具有优异光电性能的半导体材料，已经得到了广泛的应用。本文将介绍通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法在GaAs衬底上制备CdTe薄膜的研究。详细讨论了MOCVD方法的工艺参数、生长过程和生长机理。研究表明，MOCVD法能够在GaAs衬底上获得高质量的CdTe薄膜，其晶体质量和电学性能优异，极大地推动了半导体材料的应用与研究。
关键词：MOCVD、CdTe、GaAs衬底、生长机理、晶体质量
引言：
CdTe是一种常用的II-VI族半导体材料，其具有较高的电子迁移率、吸收系数和光学透明性等优点，已经在太阳电池、半导体探测器、激光器、发光二极管等领域得到了广泛应用。其中，制备优质的CdTe薄膜是此类应用的前提和基础。MOCVD是一种高温化学气相沉积方法，具有较高的生长速率、均匀性和可控性等优点，已经被广泛应用于半导体材料的制备。本文将介绍基于MOCVD技术在GaAs衬底上制备CdTe薄膜的研究，探讨其工艺参数、生长过程和生长机理。
实验过程：
MOCVD生长实验是在Epister公司的HVPCVD生长系统上完成的。对GaAs衬底进行清洗和退火处理，使其表面清洁平整。接着，在基底上蒸镀一层1.0μm的CdTe匀层，以改善粘附性。然后将生长片置于石英反应器中，反应室内用N2气氛预热至300~400℃，使它的表面清洁。然后，供应Cd，Te等金属有机气相物质进入反应室，分别通过气体切换阀门控制流量，同时调整反应温度和压强以达到CdTe沉积生长的条件。在CdTe薄膜生长完毕后，进行表面处理和腐蚀，使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光光谱(PL)等实验手段对其进行分析表征。
结果与讨论：
MOCVD法是CdTe薄膜制备中的一种优秀方法，其能够在GaAs衬底上生长出高质量的CdTe薄膜，具有色艳丽、单晶性好、质量均匀等优点。在CdTe晶体生长方面，生长过程可以分为四个阶段：核化阶段、生长阶段、催化剂控制阶段和均匀沉积阶段。核化阶段以GaAs表面为取向，沉积富Te的晶粒，沉积龙骨状的粗大CdTe岩大颗粒物，在生长过程中会引起生长缺陷。生长阶段是指CdTe晶粒的高速生长，由于Te本身表面能较小，所以沉积的晶体很容易形成Te催化剂，这会对晶体质量产生负面影响。控制催化剂生长是晶体生长过程中的关键，晶体的一些物理特性和晶体的金属杂质杂质的控制都与CdTe晶体生长密切相关。当反应器参数稳定时，CdTe薄膜生长速率约为3~10μm/h，CdTe晶体呈现良好的单晶结构，并呈现出高度的取向性和较低的缺陷密度。XRD分析表明，CdTe薄膜在GaAs衬底上呈现出（111）取向。PL谱分析表明，在473nm激发下，CdTe薄膜的光致发光强度峰值可以在790nm处被发现，这与薄膜的禁带宽度和载流子寿命相关。SEI表明，CdTe薄膜表面平整、晶体清晰，并且没有可见的痕迹和颗粒。
结论：
本文介绍了一种通过MOCVD技术在GaAs衬底上制备CdTe薄膜的方法，并讨论了CdTe生长过程和机理。实验结果表明，MOCVD法能够获得高质量的CdTe薄膜，具有良好的物理特性和优异的电学性能。CdTe薄膜生长速率约为3~10μm/h，晶体以（111）取向为主，晶体质量良好，并且具有优异的光学性能。MOCVD法在CdTe薄膜的制备和相关的半导体器件中具有潜在的应用前景。