[发明专利]一种降低水热法ZnO晶体的螺旋位错密度的方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种降低晶体螺旋位错密度的方法，特别是一种降低水热法ZnO晶体的螺旋位错密度的方法。

(二)背景技术：

氧化锌(ZnO)晶体属第三代直接跃迁型宽禁带半导体，目前ZnO光电子技术及其器件已取得重大突破而成为全世界研究开发的热点，其实用技术发展迅速，并日趋成熟。ZnO体单晶是ZnO薄膜外延生长的最佳衬底材料，具有其他衬底材料不可比拟的优势——同质外延，这对ZnO光电子技术及其产业的发展至关重要。因此，ZnO晶体衬底材料是信息革命中制作蓝光、紫外光LED、LD的关键基础性材料。ZnO晶体的生长方法之一是水热法。通常水热法生长的ZnO晶体显露的晶面有+c面(0001)、-c面(0001)、m面(1010)、+p面(1011)、-p面(1011)等，晶体外形呈规则的六角对称形状。目前制约水热法生长高质量的ZnO晶体的因素之一为：在进行水热法生长ZnO晶体时，晶体的位错会延伸到新生长层中形成缺陷，从而破坏晶体的质量。根据G.Dhanaraj等的研究报道：ZnO晶体的位错形式主要有两种：即垂直c轴方向的刃位错和平行c轴方向的螺旋位错，刃位错不会随着晶体的生长而延伸到新生长层中，螺旋位错则会延伸到新生长层中。因此在进行水热法生长ZnO晶体时，如何有效地抑制籽晶界面上的螺旋位错向新生长层的延伸，降低新生长的晶体的螺旋位错密度，成为提高ZnO晶体的质量的关键因素之一。目前普通使用的提高水热法生长ZnO晶体质量的方法有多种，例如，申请号：200510026556.9，名称为《提高水热法生长ZnO晶体生长效率和质量的方法》的中国发明专利，公开了一种提高水热法生长ZnO晶体生长效率和质量的方法，该方法的实质是将ZnO籽晶的生长速度快和生长晶体质量好的结晶学面即+c面显露出来作为晶体生长面，在单片ZnO籽晶的-c面涂覆一层贵金属隔离层，抑制生长速度慢且质量差的-c面的晶体生长，从而提高晶体生长效率，使生长出来的晶体结构完整，质量完好。但实际上，该方法根本无法抑制+c面上螺旋位错向新生长层的延伸，也就无法降低新生长晶体的螺旋位错密度。

(三)发明内容：

本发明将公开一种水热条件下降低ZnO晶体螺旋位错密度，提高ZnO晶体质量的方法。

本发明所述的降低水热法ZnO晶体的螺旋位错密度的方法，是在利用水热法进行ZnO晶体的生长之前，对ZnO晶体进行下述步骤的处理：

1)取ZnO晶体切割出ZnO晶片；

其中，最好选水热法生长的大尺寸、高质量的ZnO晶体，作为切割优质的ZnO晶片的来源；最好按(0001)切向切割出ZnO晶片，并对ZnO晶片进行研磨和抛光处理；所述切割出的ZnO晶片厚度一般为1～1.2mm较好；

2)在ZnO晶片+c面和-c面各镀一层耐高温、耐腐蚀材料作为屏蔽层，使+c面和-c面均被屏蔽层完全覆盖；

其中，所述耐高温、耐腐蚀材料最好为Pt，或Au，或Ag，或它们之中任意两种或两种以上的合金，也可为其它的耐高温、耐腐蚀的材料；所述屏蔽层的厚度一般为100～150nm较好；

3)利用光刻方法在ZnO晶片+c面和/或-c面的屏蔽层上蚀刻出相互平行的长条形，使+c面和/或-c面的的屏蔽层分为阻止ZnO晶片生长的屏蔽区和可使ZnO晶片从中长出的生长窗口区，得到ZnO籽晶片，所得的ZnO籽晶片即可利用水热法进行ZnO晶体的生长。从而，在将所得的ZnO籽晶片采用水热法进行ZnO晶体生长时，ZnO晶片只能从生长窗口区生长，处于屏蔽区处的ZnO晶片由于被屏蔽层的阻碍无法生长；

一般来说，屏蔽区最好大于生长窗口区，所述屏蔽区的宽度一般为2～20μm，生长窗口区的宽度一般为0.5～20μm。

以本发明方法制备出的ZnO籽晶片可以用现有水热法进行ZnO晶体的生长，优选的，可采用下述方法进行ZnO晶体的生长，该方法步骤如下：

1)制备ZnO培养料，将ZnO粉末压制成胚体，采用陶瓷烧结工艺将胚体烧结成ZnO陶瓷，而后把ZnO陶瓷切割成陶瓷碎粒(3-7mm)；陶瓷碎粒经洗涤，酸处理，烘干即可得到水热法生长ZnO晶体所需要的培养料；

2)配制矿化剂和水的混合溶液，1L混合溶液中，含有3mol KOH、1mol LiOH；

3)在以本发明所述方法制备的ZnO籽晶片上打一小孔，然后用黄金丝将其与籽晶架相连并固定在籽晶架上；把ZnO培养料放入黄金衬套管的底部；按75％-80％的填充度把矿化剂溶液倒进黄金衬套管；将籽晶架缓缓放入黄金衬套管内，把黄金衬套管密封好，放入高压釜内，并缓缓放入加热设备中；