[发明专利]一种抑制水热条件下ZnO晶体－c轴方向生长的方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种抑制ZnO晶体-c轴方向生长的方法，特别是一种抑制水热条件下ZnO晶体-c轴方向生长的方法。

(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一同质外延，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。目前水热法是生长ZnO晶体的方法之一。水热法生长ZnO晶体显露的晶面有+c面(0001)、-c面()、m面()、+p面()、-p面()等，晶体外形呈规则的六角对称形状。ZnO晶体属于极性晶体，六方晶系，具钎锌矿(ZnS)结构，晶体中的负离子配位多面体为负离子四面体[Zn-O₄]^6-，并以角顶相连接；四面体中的一个三次轴与晶体c轴平等，其中的一个面平行于正极面(0001)，而与之相对应的顶角则指向负极面()；四面体沿c轴呈层状分布，上、下两层四面体的结晶方位不同，围绕c轴相对旋转60°。正是由于ZnO原子在c轴方向上的不对称分布决定了晶体具有正负极面，正极面(0001)含有一个相对富Zn²⁺的原子层，因而带正电荷；而负极面()含有一个相对富O^2-的原子层，因而带负电荷。由于ZnO晶体负极面()带负电荷，容易吸附带正电荷的杂质离子，因此在水热条件下生长ZnO晶体时，晶体-c区域的杂质含量比+c区域高得多，缺陷也比较严重，并且该区域的缺陷极有可能延伸到+c区域中去，彻底破坏整块晶体的质量。因此如何抑制水热条件下ZnO晶体-c轴方向的生长，是提高晶体质量的关键因素之一。目前普通使用的抑制水热条件下ZnO晶体-c轴方向的生长的方法有多种，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，即抑制ZnO晶体从-c轴方向生长，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，在所得的ZnO籽晶进行水热法生长过程中，单片ZnO籽晶新生长部分的-c面是不可能被涂覆贵金属隔离层所阻挡，ZnO籽晶新生长部分的-c轴方向仍旧可以自由的生长，因此新生长的-c区域的杂质仍会延伸到+c区域之中，影响晶体的质量，所以该方法并未真正起到完全抑制ZnO籽晶的-c面的生长的效果。

(三)发明内容：

本发明将公开一种抑制水热条件下ZnO晶体-c轴方向生长的方法，使用该方法处理后的ZnO籽晶片进行水热法生长，使晶体即只沿着+c轴方向生长，真正起到完全抑制ZnO籽晶的-c轴方向的生长的效果，从而提高了ZnO晶体的质量。

本发明所述的抑制水热条件下ZnO晶体-c轴方向生长的方法，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晶片的+c面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)将切割好的ZnO晶片的-c面与由耐高温、耐腐蚀材料制成的阻挡片固连，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；所述阻挡片的面积应大于水热法进行生长后所得的ZnO晶体成品的-c面的面积，这样，在ZnO籽晶片进行水热法生长过程中，由于阻挡片的面积较大，不但ZnO籽晶片原有的-c面会被阻挡片阻挡无法生长，而且ZnO籽晶片新生长部分的-c面也同样被阻挡片完全阻挡，无法进行生长，有效的抑制了ZnO籽晶片从-c轴方向生长，使得ZnO籽晶片只能从+c轴方向生长，从而提高了晶体的质量。