[發明專利]一種大面積生長氧化鋅微米墻的方法

有效

• 申請號: 201210205920.8
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102719886A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 于乃森;杜麗芳;吳云峰;胡丹揚;毛張文;王勇
• 申請（專利權）人: 大連民族學院
• 主分類號: C30B19/12
• 分類號: C30B19/12;C30B29/16;C01G9/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 賈漢生;李馨

技術領域

本發明涉及一種利用具有裂紋的硅基氮化鎵薄膜為襯底制備氧化鋅微米墻的方法，屬于半導體材料及其制備技術領域。

背景技術

氧化鋅(氧化鋅)是一種寬禁帶(Eg=3.4eV)直接帶隙半導體材料，具有較高的熔點和激子束縛能（60mev），這些大大提高了氧化鋅材料的激發機制，降低了室溫下的激發閾值。此外，氧化鋅的熔點為1975°C，具有很高的熱穩定性和化學穩定性。同時它也是一種多功能氧化物材料，它具有壓電、電學和光學等方面的優異性能，被廣泛用于制備氣敏傳感器、超聲振蕩器、太陽能電池的透明電極等功能材料器件。氧化鋅作為發光材料，在發光二極管、激光器、陰極射線發光等領域也有廣泛的應用，加上原材料資源豐富、價格便宜，對環境無毒害的應用前景，是近年來人們的研究熱點。隨著寬帶隙半導體物理的發展，以及人們對微米納米結構認識的不斷深入和納米科學技術帶來的材料性能的奇特變化，使氧化鋅微米納米結構材料的制備及其相關研究逐漸成為一個新的方向。

目前有許多研究是通過改變各種反應條件來生長氧化鋅材料，究其主要方法，還是多采用金屬催化氣相轉移、高溫熱解法和高溫物蒸發法制備氧化鋅材料。但是因該類方法反應溫度高于1000°C，氣氛條件要求嚴格，且設備昂貴等，不利于大規模生產，與半導體工藝不兼容，亦不利于器件的集成。而且許多的氧化鋅報道都是基于納米量級，也有氧化鋅微米帶方面的報道，但總體較少。同時目前對于氧化鋅材料的可控生長，往往利用光刻的模版進行定向，因而具有較高的成本，不利于大規模生產。

本發明采用的襯底為在硅襯底上生長的氮化鎵材料，硅襯底具有價格低、優良的電導性、高熱導率、可獲得大直徑單晶等優勢，此外，由于硅材料的加工工藝和集成技術已經非常成熟，硅襯底上制備的GaN器件光電器件可以和成熟的Si電子器件集成工藝結合實現同一芯片上的光電集成，但是以Si(111)為襯底上生長的GaN來說，由于熱膨脹系數差別較大(54％)，導致GaN薄膜在降溫過程中產生巨大的張應力。通常Si襯底生長GaN層的厚度超過一定厚度(約1μm)時，就會引起薄膜開裂。開裂后的GaN薄膜將無法制備成器件。

本發明采用水溶液法制備氧化鋅微米級材料，主要注重于微米級的氧化鋅其缺陷很小，而且主要是單晶結構，適用于做光電子器件等。但現有微米級的氧化鋅或制備工藝復雜，所需原料為昂貴的高純度金屬鋅，制作成本高,或制得產物的純度低。因此，能在溫和條件下實現氧化鋅材料的合成，特別是氧化鋅微米量級材料的合成和可控性生長，是氧化鋅微米材料實現應用面臨的必要問題。

發明內容

本發明的目的是為在納米電子，光電器件等方面有廣泛應用前景的氧化鋅微米墻的可控合成提供一個簡單有效的方法，此方法不需要催化劑，不需要高溫處理，利用生長中廢棄的硅基氮化鎵材料作為襯底，利用其表面產生的裂紋誘導生長氧化鋅微米墻，從而實現大面積獲得超長氧化鋅微米墻的定向生長。

本發明的一方面是公開一種氧化鋅微米墻材料，其通過下述方法制備：將生長具有裂紋的硅基氮化鎵襯底，置于乙酸鋅和六次甲基四胺配置成的水溶液中，通過低溫水溶液方法，利用硅基氮化鎵襯底的表面裂紋誘導作用使氧化鋅材料在裂紋處優先成核繼而自組裝成氧化鋅微米墻材料。

本發明所利用的生長廢棄的具有裂紋的硅基氮化鎵襯底，具體是指金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)生長后表面具有裂紋的硅基氮化鎵襯底，該襯底為利用MOCVD系統在Si(111)襯底片生長GaN膜，由于GaN與襯底存在著比較大的晶格失配以及熱膨脹系數失配，為了釋放由于上述失配而造成的外延薄膜內較大的應力，因而在硅襯底生長的氮化鎵外延層常常存在著裂紋。而這種具有裂紋的氮化鎵襯底由于無法制備成器件，往往被廢棄，本發明正是利用了其產生的裂紋，使其充當模版，利用裂紋誘導作用生長氧化鋅微米墻結構材料。

本發明的一方面在于公開上述氧化鋅微米墻材料的制備方法，氧化鋅微米墻結構材料產品的是采用低溫水溶液方法制備合成得到的，其具體工藝步驟如下：

(1)選取生長廢棄的具有裂紋的硅基氮化鎵襯底，清洗干燥備用；

(2)配置生長溶液，按照30~50mM:30~50mM：100ml的比例，分別稱取乙酸鋅、六次甲基四氨和去離子水，混合并使其充分溶解，其中，乙酸鋅、六次甲基四氨的摩爾比為1:1，混合后使其溶解；

(3)將步驟(1)獲得的具有裂紋的硅基氮化鎵襯底置于步驟(2)獲得的生長溶液中，升溫至90℃后，在該溫度下反應30min~90min；

(4)反應結束后，取出襯底，并用去離子水沖洗干凈，烘干。