[发明专利]可用于光电器件衬底的氧化锌单晶抛光技术

说明书

技术领域

本发明涉及可满足同质外延/近失配外延生长半导体薄膜的ZnO单晶衬底抛光方法。

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（3.37 eV）、激子结合能高（60 meV）、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。

目前蓝宝石和SiC单晶是ZnO/GaN薄膜外延最常用的衬底,然而,由于大的晶格失配和不同的热膨胀系数,异质外延出来的ZnO/GaN基薄膜光电器件具有比较高的缺陷密度, 通常认为，高浓度的缺陷会引入非辐射复合中心，从而严重影响光电器件的发光性能。同质外延/近失配外延方法有望获取高质量的外延薄膜，进而提高光电器件性能，因此，ZnO单晶材料的同质外延/近失配外延有可能解决ZnO/GaN基光电子器件研究中的这一关键问题.成为目前国际上这一领域的研究重点。对于单晶衬底材料来说，其表面平整程度对于外延薄膜质量影响重大，获取超光滑表面是提高外延薄膜质量的先决条件。目前，化学机械抛光技术已经成功应用在蓝宝石、硅等单晶衬底上，人们在这些单晶衬底上超光滑的表面上获取了高质量的外延薄膜，因此，使用化学机械抛光技术也有望在ZnO单晶衬底上获取超光滑表面，进而提高ZnO单晶衬底上外延薄膜的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化锌单晶衬底的抛光技术，以获取超光滑表面以用于同质外延/近失配外延薄膜生长。

本发明的技术解决方案如下：

一种氧化锌单晶衬底的抛光方法，包括以下流程：

1）单晶粗磨：使用320~500 Cw的砂纸对切割好的，厚度为1.0 mm左右的氧化锌单晶的表面进行人工粗磨，所述的氧化锌晶片表面无切割锯痕；

2）粘片上盘：使用320~500 Cw的砂纸将粗磨好的，厚度为0.8 mm左右的氧化锌晶片进行倒角（倒角位置见附图1），将倒角好的晶片放在控温/冷却加压粘片机的平台上进行加热，加热温度为80-110 ℃，再使用加热的专用粘结剂趁热涂抹在晶片上表面，最后用直径为9 cm的圆柱形不锈钢压饼压在晶片上，晶片所受到的压力为100~200 g/cm²；保温5 min后，冷却，将粘有氧化锌晶片的不锈钢压饼放在精密研磨抛光机。

3）机械粗磨：在精密研磨抛光机a上，采用铸铁研磨盘研磨，研磨压力为100~200 g/cm²；研磨盘转速为30-84 r/min，，采用平均粒径为10μm的SiC磨料离子水悬浊液，研磨液的流速为15~45 ml/min，研磨时间为10~40 min，所述的氧化锌单晶要求达到表面无磨料划痕，厚度达到0.65 mm；

4）机械细磨：在精密研磨抛光机b上，采用聚氨酯抛光盘作为研磨平台，研磨压力为130~180 g/ cm²，抛光盘转速为30-84 r/min，研磨液采用平均粒径为7 μm的Al₂O₃磨料和去离子水悬浊液，研磨液的流速为15~45 ml/min，研磨时间为30~60 min，所述的氧化锌单晶要求达到表面表面光亮、疏水性好，无划痕，厚度达到0.60 mm左右；

5）机械粗抛：在精密研磨抛光机c上，采用聚氨酯抛光盘作为研磨平台，研磨压力为130~180 g/ cm²，抛光盘转速为30-84 r/min，研磨液采用pH值为9，平均粒径为3.5 μm的CeO₂磨料和去离子水悬浊液，研磨液的流速为15~45 ml/min，研磨时间为30~60 min，所述的氧化锌单晶要求达到表面无凹坑、无云雾状、无弧坑、波纹和桔皮，厚度达到0.55 mm左右；