组成元素单质直接气相生长六方纤锌矿结构ZnMgSe体单晶及生长机理

六方纤锌矿型ZnMgSe晶体是典型的ZnSe基三元混晶，在蓝光紫外器件、红外激光、非线性光学领域具有广泛应用；作为光电器件衬底其拥有较闪锌矿ZnSe晶体明显的优势。制备难度和高成本使得ZnMgSe单晶生长成为制约该材料发展的瓶颈。本项目旨在研究六方ZnMgSe单晶气相生长机理，在此基础上发展由组成元素单质气相控制生长ZnMgSe单晶的方法。拟采用化学气相输运方法，以非气固一致反应替代气固同质反应来避免一致升华动力学条件对晶体生长的限制，在Zn-Se-Mg-输运剂系统中一步生长出六方ZnMgSe单晶。通过不同输运剂、改变系统压力和温度、分析系统热力学特性和输运反应过程等途径优化晶体生长参数；通过分析物质传输机制、Mg对晶体结构形貌的影响、气固相变和成核生长途径揭示ZnMgSe晶体的气相生长微观机理。在此基础上，最终发展由各组成元素单质直接控制生长衬底级ZnMgSe晶体的气相生长方法与理论。

研究了由组成元素单质Zn、Se和Mg直接气相生长ZnMgSe单晶的方法，将化学反应激活剂I2和NH4Cl分别引入Zn-Se-Mg系统，在高温下建立了‘Zn-Mg-Se-输运剂’晶体生长系统，一方面通过建立气体高压合成炉实现了用于单晶生长的高纯ZnMgSe多晶的低成本快速合成；另一方面成功发展了由各单质一步生长出ZnMgSe单晶的工艺过程。通过分析Zn-Se-Mg-I2系统热力学特性并为生长晶体的结构和成分控制提供依据，成功在'Zn-Mg-Se-I2’和'Zn-Mg-Se-NH4Cl’两个系统中分别生长了较大尺寸的ZnMgSe单晶，并对晶体的特性进行了表征。发现了随Mg成分的变化，ZnMgSe单晶形貌存在明显的由闪锌矿片状过渡到六方纤锌矿体晶的变化；ZnMgSe单晶气相生长的微观机理随着Mg成分增大由三维成核生长机理演变为螺位错生长机理。同时，发展了新的低成本ZnSe纳米球的气相控制制备方法,以及高温合成高纯MgSe多晶粉体的气相方法。