[發明專利]一種降低水熱法ZnO晶體的螺旋位錯密度的方法

有效

• 申請號: 200710050553.8
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN101250747A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 盧福華;左艷彬;張昌龍;周衛寧;呂智;霍漢德;顧書林;杭寅
• 申請（專利權）人: 桂林礦產地質研究院
• 主分類號: C30B7/10
• 分類號: C30B7/10;C30B29/16
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 馬蘭

(一)技術領域：

本發明涉及一種降低晶體螺旋位錯密度的方法，特別是一種降低水熱法ZnO晶體的螺旋位錯密度的方法。

(二)背景技術：

氧化鋅(ZnO)晶體屬第三代直接躍遷型寬禁帶半導體，目前ZnO光電子技術及其器件已取得重大突破而成為全世界研究開發的熱點，其實用技術發展迅速，并日趨成熟。ZnO體單晶是ZnO薄膜外延生長的最佳襯底材料，具有其他襯底材料不可比擬的優勢——同質外延，這對ZnO光電子技術及其產業的發展至關重要。因此，ZnO晶體襯底材料是信息革命中制作藍光、紫外光LED、LD的關鍵基礎性材料。ZnO晶體的生長方法之一是水熱法。通常水熱法生長的ZnO晶體顯露的晶面有+c面(0001)、-c面(0001)、m面(1010)、+p面(1011)、-p面(1011)等，晶體外形呈規則的六角對稱形狀。目前制約水熱法生長高質量的ZnO晶體的因素之一為：在進行水熱法生長ZnO晶體時，晶體的位錯會延伸到新生長層中形成缺陷，從而破壞晶體的質量。根據G.Dhanaraj等的研究報道：ZnO晶體的位錯形式主要有兩種：即垂直c軸方向的刃位錯和平行c軸方向的螺旋位錯，刃位錯不會隨著晶體的生長而延伸到新生長層中，螺旋位錯則會延伸到新生長層中。因此在進行水熱法生長ZnO晶體時，如何有效地抑制籽晶界面上的螺旋位錯向新生長層的延伸，降低新生長的晶體的螺旋位錯密度，成為提高ZnO晶體的質量的關鍵因素之一。目前普通使用的提高水熱法生長ZnO晶體質量的方法有多種，例如，申請號：200510026556.9，名稱為《提高水熱法生長ZnO晶體生長效率和質量的方法》的中國發明專利，公開了一種提高水熱法生長ZnO晶體生長效率和質量的方法，該方法的實質是將ZnO籽晶的生長速度快和生長晶體質量好的結晶學面即+c面顯露出來作為晶體生長面，在單片ZnO籽晶的-c面涂覆一層貴金屬隔離層，抑制生長速度慢且質量差的-c面的晶體生長，從而提高晶體生長效率，使生長出來的晶體結構完整，質量完好。但實際上，該方法根本無法抑制+c面上螺旋位錯向新生長層的延伸，也就無法降低新生長晶體的螺旋位錯密度。

(三)發明內容：

本發明將公開一種水熱條件下降低ZnO晶體螺旋位錯密度，提高ZnO晶體質量的方法。

本發明所述的降低水熱法ZnO晶體的螺旋位錯密度的方法，是在利用水熱法進行ZnO晶體的生長之前，對ZnO晶體進行下述步驟的處理：

1)取ZnO晶體切割出ZnO晶片；

其中，最好選水熱法生長的大尺寸、高質量的ZnO晶體，作為切割優質的ZnO晶片的來源；最好按(0001)切向切割出ZnO晶片，并對ZnO晶片進行研磨和拋光處理；所述切割出的ZnO晶片厚度一般為1～1.2mm較好；

2)在ZnO晶片+c面和-c面各鍍一層耐高溫、耐腐蝕材料作為屏蔽層，使+c面和-c面均被屏蔽層完全覆蓋；

其中，所述耐高溫、耐腐蝕材料最好為Pt，或Au，或Ag，或它們之中任意兩種或兩種以上的合金，也可為其它的耐高溫、耐腐蝕的材料；所述屏蔽層的厚度一般為100～150nm較好；

3)利用光刻方法在ZnO晶片+c面和/或-c面的屏蔽層上蝕刻出相互平行的長條形，使+c面和/或-c面的的屏蔽層分為阻止ZnO晶片生長的屏蔽區和可使ZnO晶片從中長出的生長窗口區，得到ZnO籽晶片，所得的ZnO籽晶片即可利用水熱法進行ZnO晶體的生長。從而，在將所得的ZnO籽晶片采用水熱法進行ZnO晶體生長時，ZnO晶片只能從生長窗口區生長，處于屏蔽區處的ZnO晶片由于被屏蔽層的阻礙無法生長；

一般來說，屏蔽區最好大于生長窗口區，所述屏蔽區的寬度一般為2～20μm，生長窗口區的寬度一般為0.5～20μm。

以本發明方法制備出的ZnO籽晶片可以用現有水熱法進行ZnO晶體的生長，優選的，可采用下述方法進行ZnO晶體的生長，該方法步驟如下：

1)制備ZnO培養料，將ZnO粉末壓制成胚體，采用陶瓷燒結工藝將胚體燒結成ZnO陶瓷，而后把ZnO陶瓷切割成陶瓷碎粒(3-7mm)；陶瓷碎粒經洗滌，酸處理，烘干即可得到水熱法生長ZnO晶體所需要的培養料；

2)配制礦化劑和水的混合溶液，1L混合溶液中，含有3mol?KOH、1mol?LiOH；

3)在以本發明所述方法制備的ZnO籽晶片上打一小孔，然后用黃金絲將其與籽晶架相連并固定在籽晶架上；把ZnO培養料放入黃金襯套管的底部；按75％-80％的填充度把礦化劑溶液倒進黃金襯套管；將籽晶架緩緩放入黃金襯套管內，把黃金襯套管密封好，放入高壓釜內，并緩緩放入加熱設備中；