[发明专利]改进氧化锌单晶质量的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及宽禁带半导体材料——氧化锌衬底基片，特别是一种改进氧化锌单晶质量的处理方法。

背景技术

ZnO材料是一种直接带隙的宽禁带半导体材料,具有许多优异的性能，是一种具有发光、电光、闪烁、半导体等性能的多功能晶体，越来越显示出其重要的研究价值和潜在的应用价值。利用ZnO半导体材料制作实用化光电子器件的时代即将来临，它将带来不可限量的产业化应用前景。ZnO晶体也是优良的ZnO、GaN外延薄膜和器件的关键基片材料，其晶体质量——单晶完整性直接影响外延薄膜和器件的质量和应用。目前使用的ZnO单晶基片存在下列问题：1.存在较多小角晶界，2.应力分布不均匀。3.晶片衍射峰存在双峰或多峰，同时半高宽太宽，影响外延薄膜的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进氧化锌单晶质量的处理方法，该方法可以改善ZnO晶片的小角晶界、镶嵌结构，改进ZnO基片的单晶完整性，同时消除ZnO晶片中的应力，满足ZnO薄膜外延的衬底需求。

本发明的技术方案是：

一种改进氧化锌单晶质量的处理方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①将氧化锌晶体切割成所需大小的片状，细磨处理，使表面无刀痕，称为氧化锌研磨片；

②在铂金坩锅底部垫纯度为99.9％～99.999％的ZnO粉末，粉末颗粒度为20~80μm，将所述的氧化锌研磨片平放于所述的ZnO粉末上；该铂金坩锅用烧结的氧化锌陶瓷板盖严，该氧化锌陶瓷板的纯度为99.9％～99.999％，厚度5～10mm；然后将所述的铂金坩锅放置在箱式马弗炉中进行退火；

③退火：以5～10℃/min的速率升温至1100～1300℃，恒温180～300min，然后以5～10℃/min的速率降温至200～300℃，再关闭电源自然冷却到室温，取出后称为退火氧化锌研磨片；

④对所述的退火氧化锌研磨片进行机械抛光，要求没有划痕,粗糙度<10nm，化学抛光，要求粗糙度≤0.5nm、平整度≤5μm，并清洗干净，洁净度达到百级，获得氧化锌单晶片最后超净袋封装。

所获得的氧化锌单晶片经测试双晶摇摆曲线，得到半高宽为35arcsec以内、适用于ZnO薄膜外延的高质量衬底基片。

本发明的技术效果：

1、本发明方法处理的氧化锌单晶片采用型号为PW3040的X-pert’Pro console设备测试ZnO晶片的双晶摇摆曲线，测得半高宽均小于33.3弧秒，峰形尖锐、光滑，无多峰。通过偏光显微镜和应力仪观察表明：通过在富Zn气氛中高温退火，有效地消除了ZnO晶片中的小角晶界和镶嵌结构，明显改善了ZnO基片的单晶完整性，消除了ZnO晶片中的应力，能够满足ZnO薄膜同质外延的衬底需求。

2、本发明处理的氧化锌单晶片采用超净封装，确保晶片达到超洁净，免清洗，开盒即用。

附图说明

图1是本发明氧化锌单晶片和退火坩埚结构示意图

图中：1－纯度为99.99%的高纯氧化锌陶瓷板  2－铂金坩锅

3－氧化锌研磨片  4－纯度为99.9～99.999％的氧化锌粉末。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

先请参阅图1，图1是本发明氧化锌单晶片和退火坩埚结构示意图，本发明改进氧化锌单晶质量的处理方法，该方法包括下列步骤：

①将生长的ZnO晶体切割成10×10×0.6mmmm或者10×5×0.6mm的毛坯片，用机械抛光的方法研磨整平，使表面无明显刀痕，称为氧化锌研磨片3；

②制备一个直径为高度为50～100mm的圆柱形铂金坩锅2，壁厚为1～2mm，另用纯度为99.9％氧化锌粉末压制烧结一块直径为厚度5mm的氧化锌陶瓷板1，并两面磨平，避免该在坩锅上有明显缝隙；在铂金坩锅2底部垫1mm厚的纯度为99.9%的高纯ZnO粉末4，粉末颗粒度20~80μm，将所述的氧化锌研磨片3平放在所述的ZnO粉末4上；该铂金坩锅2用烧结的氧化锌陶瓷板1盖严，尽量没有缝隙；然后将所述的铂金坩锅放置在箱式马弗炉中进行退火；

③退火：以5℃/min的速率升温至1100℃，恒温180min，然后以5℃/min的速率降温至200～300℃，再关闭电源自然冷却到室温，取出后称为退火后的氧化锌研磨片；