[发明专利]氧化锌单晶的一种熔盐生长方法

说明书

技术领域：

本发明涉及晶体材料生长制备领域，特别涉及一种ZnO单晶熔盐生长方法。

背景技术：

ZnO晶体是一种多功能晶体。它既是当今研究热门的一种新型半导体激光(LD)、发光(LED)材料，又是一种适于做成氮化物半导体等器件基片的基片材料，而且还是一种具有固体激光基质、压电、电光、声—光等多功能的一种复合材料。

在国外，科学家已经对ZnO晶体的生长、结构性能、发光性能和电学性能作了不少的研究。1966年美国俄亥俄州空军基地航空研究实验室的Y.S.Park和D.C.Retnolds生长出了高质量的晶体并对其结构性能进行了初步的研究(2)，同时在低温(2K)下，采用波长为325nm的He-Cd激光器作为泵浦源，在泵浦功率为40mW时，ZnO晶片显示了激光输出(3)。2000年日本的T.Sekiguchi等采用水热法生长出直径为10mm的单晶，在+C区(Zn表面)观察到紫外发射和强绿光发射；在-C(0表面)区，观察到弱紫外和弱橙光发射，在m区(棱柱面)观察到强紫外和弱橙光发射(4)。1999年日本的N.Sakagami使用库仑分析法测量了实际晶体中ZnO“分子”的化学计量比与理想配比的偏差(5)，最近又通过测量I-V和1/c²-V的关系研究了晶体的各生长面电学性能的变化。2001年日本的Fumiyasu等研究了ZnO中本征缺陷的电子结构和形成能(6)，最近日本国家无机材料研究所根据DV-X。分析对ZnO单晶(0001)极化表面的晶格驰豫进行了研究(7)，俄罗斯的T.V.Butkhuzi等在ZnS上生长出ZnO单晶层，通过在氧气氛下热处理，使得ZnO导电类型发生了转变(8)。

总之，近几年来，国外对ZnO晶体光学性能的研究有了很大的进展，已经实现了可见、紫外荧光和紫外激光发射，但是其激光特性都是在激光泵浦下得到的原型实验，其主要原因是：虽然ZnO半导体的能隙足够大，可以诱导发射紫外光的光子，但是晶体中的缺陷吸收光子，损耗过大，使得这种发射光很微弱，所以利用这种材料制造激光器的尝试目前还很不成功，这就限制了它的进一步应用，显然，解决的办法之一是研究能够生长无缺陷ZnO晶体的技术。

最近，日美等国研究小组正在为制造出第一只ZnO基激光二极管展开了激烈的竞争，美国弹道导弹防御计划组织(BMDO)已经投资一百万美元，让Cermet公司发展ZnO半导体技术，主要是发展ZnO半导体的p-n结技术，这个工程的实施主要是计划通过使用ZnO块状晶体生长技术，或者可能采用薄膜生长技术来实现。

而在国内，对ZnO单晶的生长及性能研究除上海硅酸盐研究所外(采用水热法生长)，尚无第二家，关于ZnO单晶的论文、研究成果还几乎是空白。目前，由于ZnO单晶具有优良的性能和众多的潜在应用前景，已经成为国际前沿新材料的研究重点之一。而国内对其研究甚少，使得我国在这一领域与国外的差距正在拉大，这种状况很令人担忧。因此，上海硅酸盐研究所水热法生长ZnO单晶的研究课题已被列为国家“十五”研究项目。

ZnO单晶的生长方法主要有助熔剂法、水热合成法和气相法。采用水热合成法的缺点是危险性大，设备昂贵，周期性长，成本高，晶体价格也就很高；而采用气相法危险性也较大，设备复杂，成本高，晶体价格也较高；相对比较而言，采用熔盐法生长，可以降低生长温度，减少ZnO的挥发，同时还可以通过选择适当组分的助熔剂，期望在晶体中掺进合适的离子使晶体得到改性，例如，对于ZnO半导体器件的制备，有利于形成的p-n结。当然，采用熔盐法的一个显著的特点是生长速率较慢，然而却有利于离子在晶体中的有序排布，减少晶体中离子位置空缺的缺陷，特别是有可能通过这种掺杂方式在生长出块状晶体的同时又形成半导体的p-n结。值得一提的是：采用熔盐法生长的一个最大的优点是生长设备简单，无危险性，可以生长大尺寸的晶体，从而可以大大地降低ZnO单晶的价格，有利于实现其大量应用的价值。

BaB₂O₄—ZnO形成膺二元系相图，ZnO单相存在区间大，转熔温度低(为903℃)，因此采用BaB₂O₄助熔剂，有望生长出优质、大尺寸ZnO单晶。

发明内容：

本发明的目的在于公开一种采用一种新型助熔剂生长ZnO单晶的熔盐生长方法。

本发明采用熔盐生长方法生长ZnO单晶，其特别之处在于采用BaB₂O₄作为助熔剂。