一种合成硫化锌薄膜的方法与流程

本发明涉及化合物半导体材料合成，尤其涉及一种合成硫化锌薄膜的方法。

背景技术：

1、硫化锌晶体是一种重要的光电半导体外延材料，传统工艺是使用silar法，由衬底在阴阳离子溶液中的浸渍及去离子水的冲洗；通过离子在衬底上的吸附而形成吸附离子单层,通过吸附离子与反离子间的沉淀反应或其水解过程而使吸附离子转换为固态膜层；以zns薄膜的生成以单层离子吸附为基础，逐步实现纳米尺度的硫化锌薄膜生长；上述过程有以下缺点：一是纯度较低，通常在99.999%；二是成膜厚度不大，该工艺形成的薄膜通常不到1微米；三是生长速度极慢，每一次沉积循环仅能生长0.1纳米厚度的薄膜，如需生长100纳米厚薄膜，则至少需要1000次以上的沉积循环。

2、锌和硫不易直接反应生成硫化锌，尤其在制作硫化锌单晶薄膜时，以单质锌和硫反应生成的硫化锌往往存在薄厚不均匀、纯度不高等问题，传统工艺silar法，以阴阳离子为反应前驱体，在液态环境下反应、沉积形成硫化锌薄膜。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种合成硫化锌薄膜的方法。

2、本发明提出的一种合成硫化锌薄膜的方法，包括以下步骤，将2英寸氧化锌衬底在常温下放置于mocvd反应腔中，分子泵对mocvd反应腔抽真空，所述mocvd反应腔内部通入氩气，常温下，以氩气作为载气，运载通入二乙基锌气体，使系统压力升高到0.35mpa后，停止通入，常温下，以氩气作为载气，运载通入硫化氢气体，使系统压力升高到0.5mpa后，停止通入。

3、优选的，以20℃/分将系统匀速升温至270℃，激活如下气相反应:(c2h5)2zn+h2s=zns↓+2c2h6，该化学反应为放热反应，要及时控制体系温度，确保mocvd反应腔内温度保持在270~320℃之间，持续5小时后，打开分子泵对系统进行抽真空，确保系统中未反应的硫化氢、二乙基锌全部进入废气储罐中。

4、进一步的，待系统压力降低到10-3pa时，补充空气至mocvd反应腔中，通过系统自然降温至室温，取出衬底和外延片。

5、本发明中的有益效果为：

6、1.气态前驱体的接触面积和效率远大于液态，生成薄膜较厚，能达到30微米。

7、2.气态前驱体的熔沸点与生成物硫化锌差距很大，前驱体几乎不会在生成物上沉积和残留，生成物的纯度极高。

8、3.在氧化锌衬底表面形成的薄膜均匀性很好，最大高差小于2%。

技术特征：

1.一种合成硫化锌薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种合成硫化锌薄膜的方法，其特征在于，以20℃/分将系统匀速升温至270℃，激活如下气相反应:(c2h5)2zn+h2s=zns↓+2c2h6，该化学反应为放热反应，要及时控制体系温度，确保mocvd反应腔内温度保持在270~320℃之间。

3.根据权利要求4所述的一种合成硫化锌薄膜的方法，其特征在于，持续5小时后，打开分子泵对系统进行抽真空，确保系统中未反应的硫化氢、二乙基锌全部进入废气储罐中。

4.根据权利要求3所述的一种合成硫化锌薄膜的方法，其特征在于，待系统压力降低到10-3pa时，补充空气至mocvd反应腔中。

5.根据权利要求4所述的一种合成硫化锌薄膜的方法，其特征在于，通过系统自然降温至室温，取出衬底和外延片。

技术总结本发明涉及化合物半导体材料合成技术领域，公开了一种合成硫化锌薄膜的方法，本发明采用硫化氢和二乙基锌为前驱体合成硫化锌薄膜，包括以下步骤：将2英寸氧化锌衬底在常温下放置于MOCVD反应腔中，分子泵对MOCVD反应腔抽真空，所述MOCVD反应腔内部通入氩气，常温下，以氩气作为载气，运载通入二乙基锌气体，使系统压力升高到0.35Mpa后，停止通入，以氩气作为载气，运载通入硫化氢气体，使系统压力升高到0.5Mpa后，停止通入。在气态环境下，硫化氢和二乙基锌接触、反应、沉积形成硫化锌薄膜，气态前驱体的接触面积和效率远大于液态，生成薄膜较厚，前驱体几乎不会在生成物上沉积和残留，生成物的纯度极高，在氧化锌衬底表面形成的薄膜均匀性很好。技术研发人员：黄小华,聂林涛,陈龙受保护的技术使用者：陕西铟杰半导体有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16