[发明专利]避免籽晶缺陷外延到新生长层的氧化锌单晶生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锌单晶水热法生长工艺，特别是一种避免水热法籽晶缺陷外延的晶面处理方法。

背景技术

氧化锌是一种直接带隙的II-VI族宽禁带化合物半导体材料，具有禁带宽度大(3.37eV)、激子结合能高(60meV)、可进行湿化学刻蚀等优异特性，在光电子器件如高效发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、紫外探测器、大功率微波器件、透明电极以及太阳能电池等方面有着广阔的应用前景，它的应用将会带来数字化存储、探测与通讯技术的革命，并将彻底改变人类传统照明历史。此外，ZnO材料还具有优异的压电特性和气敏特性，可用于制备高性能的声换能器，声表面波器件(SAW)和可燃气体传感器件。

当前，由于具有生长温度低和近热力学平衡态的优势，水热法成为获取高质量和大尺寸ZnO单晶的主要方法。随着ZnO单晶籽晶的增加，单晶生长的质量控制变得尤为困难，主要体现的问题是：随着籽晶尺寸的增大，在籽晶上生长的ZnO新生长层的裂纹和凹坑密度比之籽晶大幅度增加。我们知道，籽晶上的裂纹和凹坑在水热外延生长过程中会延续到新的晶体生长层，因此，进一步的晶体尺寸放大生长将难以进行。这一点已经成为水热法生长大尺寸和高质量单晶的最主要难题。

发明内容

本发明提供一种ZnO籽晶晶面处理方法，以避免籽晶晶面缺陷如裂纹和凹坑等在水热生长过程中外延到新的生长层，大幅度提高新晶体生长层的结晶质量。

本发明提供的避免籽晶缺陷外延到新生长层的氧化锌单晶生长方法，包括如下步骤：将有裂纹或凹坑的ZnO籽晶晶面上镀上一层平整的金属膜，然后将籽晶放置于水热生长设备中进行生长。

所述的金属膜是金、银、铂或钯贵金属膜，或其合金膜。选用贵金属金属膜的目的在于防止水热溶液对金属膜的腐蚀。

所述的金属膜厚度大于10微米，平整度大于10nm。

所述的金属膜在确保覆盖住裂纹和凹坑缺陷的前提下，其外缘和被涂覆晶面外缘的间隙大于1mm。

实验证实，含有裂纹和凹坑的ZnO籽晶片涂覆贵金属膜后，置于水热釜进行外延生长，新的晶体生长层以金属膜和籽晶外缘之间的籽晶外露晶面为籽晶，以包围金属膜的形式生长在金属膜上。显微镜形貌观察表明，新的晶体生长层上并没有外延籽晶上的裂纹和凹坑，X射线双晶摇摆曲线半高宽大幅度降低，这也表明单晶的结晶质量大幅度提高。

附图说明

附图为利用有裂纹和凹坑的ZnO籽晶生长ZnO单晶的示意图，其中：1为面上有裂纹和凹坑的ZnO籽晶；2为涂覆有贵金属膜的ZnO籽晶；3为面上无裂纹和凹坑的新生长ZnO单晶。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

一种避免籽晶缺陷外延到新生长层的处理方法，其特征在于该方法的核心是将有裂纹或凹坑的ZnO籽晶晶面上镀上一层平整的金属膜，然后将籽晶放置于水热生长设备中进行生长。这种处理方法可确保籽晶上的缺陷无法外延到新的晶体生长层，新的晶体生长层结晶质量得到大幅度的提高。

该方法分两步进行：

1.在有裂纹或凹坑的ZnO籽晶晶面使用真空蒸镀法镀上一层贵金属膜或者合金膜，金属膜的厚度大于10微米，平整度为12nm；其目的在于：利用平整的金属膜覆盖住籽晶缺陷，如凹坑和裂纹。

2.将镀膜后的ZnO籽晶放置于水热生长设备进行水热生长。

所述的第一步中所涂覆的金属膜在确保覆盖住裂纹和凹坑缺陷的前提下，其外缘和被涂覆晶面外缘的间隙大于1mm。其目的在于：这一间隙面所生长的新晶体生长层将以包围金属膜的形式外延生长到金属膜上，以致于整个覆盖住光滑的金属膜。

所述的第一步中所涂覆的金属膜材料是金、银、铂、钯贵金属或其中任意组合。其目的在于：选用贵金属金属膜的目的在于防止水热溶液对金属膜的腐蚀。

经过了显微镜形貌观察，新生长的单晶晶面上没有观测到裂纹和凹坑，这表明这种处理方法有效避免了籽晶上的裂纹和凹坑外延的问题。

应该指出以上所述的实施实例只是用1个例子来说明本发明，它不应是对本发明的限制，同时熟悉该技术的都知道，对本发明可以进行在文中没有描述的各种改进，而这些改进都不会偏离本专利的精神和范围。