CN1299329C - ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法 - Google Patents

ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1299329C
CN1299329C CNB2004100167260A CN200410016726A CN1299329C CN 1299329 C CN1299329 C CN 1299329C CN B2004100167260 A CNB2004100167260 A CN B2004100167260A CN 200410016726 A CN200410016726 A CN 200410016726A CN 1299329 C CN1299329 C CN 1299329C
Authority
CN
China
Prior art keywords
zno
autoclave
temperature
seed crystal
gan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100167260A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1560902A (zh
Inventor
杭寅
宋词
徐军
周圣明
杨卫桥
王海丽
严成峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CNB2004100167260A priority Critical patent/CN1299329C/zh
Publication of CN1560902A publication Critical patent/CN1560902A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1299329C publication Critical patent/CN1299329C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

一种ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法，其特点是通过水热法合成使高温高压下的ZnO和Al2O3或Cr2O3混合物的水溶液达到一定的过饱和度，在ZnO衬底晶片籽晶上生长ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底晶片。本发明所生长的掺质ZnO导电衬底材料与GaN晶格失配小，其导电性能使衬底晶片的背面容易进行电极接触，从而大大简化了器件的制作。而且重复性好，成本低，适用于批量生产。

Description

ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法
技术领域
本发明涉及导电衬底材料，特别是一种主要用作于InN-GaN蓝光半导体材料生长的ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法，。
背景技术
III族氮化物半导体材料InN-GaN具有优异的特性，如稳定的物理和化学性质、高热导和高电子饱和速度、直接带隙材料的光跃迁几率比间接带隙的高一个数量级，因此，宽带隙InN-GaN基半导体在短波长发光二极管、激光器和紫外探测器以及高温电子器件方面显示出广阔的应用前景。由于InN-GaN熔点比较高，N2饱和蒸汽压较大，InN-GaN体单晶制备十分困难，因此InN-GaN一般是在异质衬底上用外延技术生长的。
白宝石晶体(α-Al2O3)易于制备，价格便宜，且具有良好的高温稳定性等特点，α-Al2O3是目前最常用的InN-GaN外延衬底材料(参见Jpn.J.Appl.Phys.，第36卷，1997年，第1568页)。
碳化硅(SiC)相对白宝石而言，与GaN晶格失配比较小(2.2％)，有更高的热导率(3.8W/cm.K)，而且有导电性，能大大简化器件的制作，使半导体器件更加小型化，也是目前常用的InN-GaN外延衬底材料(参见Solid-State Electron，第44卷，2000年，第1229页)。
近年来利用ZnO作为缓冲层生长GaN薄膜得到了广泛的研究。因为ZnO和GaN晶格失配比较小(＜2.0％)，并且有相同的堆垛次序，另外ZnO易于解理，所以ZnO被认为是极有前途的InN-GaN衬底材料。
在先的衬底材料有明显的缺点：
(1)用α-Al2O3作衬底，α-Al2O3与GaN之间晶格失配高达14％，使制备的GaN薄膜有较高位错密度和大量的点缺陷；
(2)SiC与GaN的不浸润使得GaN薄膜的沉积需要借助缓冲层AlN或AlxGa1-xN，但这些缓冲层使器件和衬底之间的电阻率升高；
(3)SiC与GaN的晶格失配仍然太大，使得GaN薄膜的缺陷密度较大；
(4)SiC硬度高，衬底表面处理困难，而衬底表面的缺陷回带来GaN外延层的缺陷增多(参见Apply.Phys.87，2000年，第2725页)；(5)SiC衬底成本高，目前SiC单晶还只有少数制造商能够生长。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于InN-GaN蓝光半导体材料生长的ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法，该方法制备的导电衬底与GaN晶格失配小，其导电性能使衬底晶片的背面容易进行电极接触，从而大大简化了器件的制作。而且重复性好，成本低。利用水热法合成掺质的ZnO导电衬底材料。
本发明技术方案如下：
一种ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法，其特征是通过水热法制备，包括下列步骤：
1、先把一定数量和粒径的ZnO粉体烧结块、Al2O3或Cr2O3粉体烧结块放入高压釜黄金衬套底部的溶解区内；
2、按70％-85％的填充度加入碱金属的矿化剂和水的混合溶液；
3、使用黄金丝做成的梯形籽晶架，将按一定方向切好的籽晶片用黄金丝连接起来并固定在籽晶架上；
4、将籽晶架放入黄金衬套内并密封好，再一起放入高压釜中，再把高压釜彻底密封并放入电阻炉中，再加盖钢盖密封；
5、电阻炉升温，调整温度和压力，使溶解区温度为400℃，生长区温度为380-390℃；工作压力1100atm，升温速度10℃/小时内，高压釜内外温度达到平衡时恒温生长，生长周期根据所放置培养料的量和掺质ZnO晶体，即ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3的生长速率而定；
6、停炉，打开保温罩，将高压釜提出炉膛，取出籽晶架，取出晶体，用温水将表面的溶液洗净。
本发明与在先技术相比，所生长的掺质ZnO导电衬底材料与GaN晶格失配小，其导电性能使衬底晶片的背面容易进行电极接触，从而大大简化了器件的制作。而且重复性好，成本低，适用于批量生产。
附图说明：
图1是本发明制备复合激光晶体材料所用的生长装置剖面示意图。
具体实施方式：
本发明用上述水热法生长方法制备掺质ZnO导电衬底材料，所选用的水热法生长炉如图1所示的装置，它由一台外带保温罩的高温高压釜4和与之配套的温差井式电阻炉10组成。其结构主要包括：生长区1，溶解区2，钢帽3，钢釜4。为了延长高压釜4的寿命，防止酸性或碱性溶液在高温高压下对釜内腔壁的腐蚀，使用黄金衬套5作为防护衬套并与高压釜内壁分开。使用黄金丝做成的梯形籽晶架6，将按一定方向切好的籽晶片用黄金丝连接起来并固定在籽晶架6上，每次一个梯形架可以挂数十片(视籽晶大小而定)。黄金衬套5内腔有矿化剂7和H2O的混合溶液，ZnO和Al2O3(或Cr2O3)培养料8位于溶解区2内，培养料8上部有带孔的挡板9。
表1列出了本发明的具体实施例，这些实施例的制备过程如下：
1、将1000克粒径为4-8mm的ZnO粉体烧结块、100克Al2O3(或Cr2O3)粉体烧结块放入黄金衬套5底部的溶解区2内；
2、分别按表1的不同方案配制矿化剂和水的混合溶液，按70％、78％、85％的填充度加入矿化剂7和水的混合溶液；
3、用黄金丝做成的梯形籽晶架6，按(0001)方向切好的Φ30×30×2mm的ZnO籽晶片两端光学级抛光，在边缘打小孔，用黄金丝连
           表1不同方案的矿化剂溶液和填充度
  实施例   矿化剂浓度   填充度
  1   NaOH(5.5-6.5mol/l)+H2O   70％
  2   NaOH(5.5-6.5mol/l)+H2O   78％
  3   NaOH(5.5-6.5mol/l)+H2O   85％
  4   KOH(5.5-6.5mol/l)+H2O   70％
  5   KOH(5.5-6.5mol/l)+H2O   78％
  6   KOH(5.5-6.5mol/l)+H2O   85％
接小孔，并固定在籽晶架6上。
4、将籽晶架6放入黄金衬套5内，并密封好再一起放入高压釜4内，并放入电阻炉10中，加盖钢盖3；
5、电阻炉10升温，调整温度和压力。使溶解区温度为400℃，生长区温度为380-390℃，温差15℃；工作压力1100atm，升温速度10℃/小时内，高压釜内外温度达到平衡，在此温度下恒温生长15天；
6、降温、停炉，打开保温罩，将高压釜4提出炉膛，取出晶体块，晶体晶莹透明，无棉无裂，完整性好。
将所得晶体按(0001)切片抛光，用作InN-GaN衬底，其导电性能使衬底晶片的背面容易进行电极接触，从而大大简化了器件的制作，是很理想的在蓝光InN-GaN薄膜衬底材料。

Claims (1)

1、一种ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法，其特征是通过水热法进行制备，包括下列步骤：
<1>首先把一定数量和粒径的ZnO粉体烧结块、Al2O3、或Cr2O3粉体烧结块放入黄金衬套(5)底部的溶解区(2)内；
<2>按70％-85％的填充度加入碱金属的矿化剂(7)和水混合溶液；
<3>使用黄金丝做成的梯形籽晶架(6)，按一定方向切好的籽晶片用黄金丝连接起来并固定在籽晶架(6)上；
<4>将籽晶架(6)放入黄金衬套内并密封好，再一起放入高压釜中，再把高压釜彻底密封并入电阻炉(10)中；
<5>电阻炉(10)升温，调整温度和压力，使溶解区温度为400℃，生长区温度为380-390℃；工作压力1100atm，升温速度10℃/小时内，高压釜内外温度达到平衡时恒温生长，生长周期根据所放置培养料(8)的量和掺质ZnO晶体，即ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3的生长速率而定；
<6>停炉，打开保温罩，将高压釜提出炉膛，取出籽晶架(6)取出晶体，用温水将表面的溶液洗净。
CNB2004100167260A 2004-03-04 2004-03-04 ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法 Expired - Fee Related CN1299329C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100167260A CN1299329C (zh) 2004-03-04 2004-03-04 ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100167260A CN1299329C (zh) 2004-03-04 2004-03-04 ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1560902A CN1560902A (zh) 2005-01-05
CN1299329C true CN1299329C (zh) 2007-02-07

Family

ID=34440611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100167260A Expired - Fee Related CN1299329C (zh) 2004-03-04 2004-03-04 ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1299329C (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100474642C (zh) * 2005-10-27 2009-04-01 晶能光电（江西）有限公司 含有金属铬基板的铟镓铝氮半导体发光元件及其制造方法
CN103508406B (zh) * 2012-06-29 2016-08-24 无锡华润上华半导体有限公司 Azo薄膜、制备方法以及包括其的mems器件

Also Published As

Publication number Publication date
CN1560902A (zh) 2005-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113235047B (zh) 一种AlN薄膜的制备方法
CN106128937B (zh) 一种在Si衬底上外延生长的高质量AlN薄膜及其制备方法
CN106544643B (zh) 一种氮化物薄膜的制备方法
CN105967174A (zh) 一种在蓝宝石衬底上生长石墨烯的方法
CN110534555A (zh) 基于r面Al2O3图形衬底的β-Ga2O3薄膜制作方法
CN110911270A (zh) 一种高质量氧化镓薄膜及其同质外延生长方法
CN109037371A (zh) 生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱及其制备方法与应用
CN1694225A (zh) GaN/β－Ga2O3复合衬底的材料及其制备方法
CN100479221C (zh) 一种氧化锡单晶薄膜的制备方法
CN111477534B (zh) 氮化铝模板及其制备方法
CN1299329C (zh) ZnO:Al2O3或ZnO:Cr2O3导电衬底的制备方法
JP2006062931A (ja) サファイア基板とその熱処理方法、及び結晶成長方法
CN202996885U (zh) 一种生长在Si衬底上的LED外延片
JP4036073B2 (ja) 薄膜付き石英基板
CN110724922A (zh) 一种柔性衬底上晶体取向和极性可控的外延azo薄膜及其制备方法
CN110517949B (zh) 一种利用SiO2作为衬底制备非极性a面GaN外延层的方法
CN101469448B (zh) 在蓝宝石上生长大尺寸高质量氧化锌单晶厚膜的方法
CN209000923U (zh) 生长在Al衬底上的InGaN纳米柱
CN113089091A (zh) 氮化硼模板及其制备方法
CN106783553A (zh) 石墨烯/介质材料为复合衬底的三族氮化物微米柱结构及制备方法
CN103334090B (zh) InN/AlN/玻璃结构的制备方法
CN101619484B (zh) 一种在导电基体上生长单晶氧化铟薄膜的方法
CN100472718C (zh) 自支撑衬底、其制造方法及半导体发光元件
CN206532753U (zh) 一种复合衬底/三族氮化物微米柱结构
JP4211201B2 (ja) 半導体製造装置用摺動部材および半導体製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070207

Termination date: 20100304