一种气相晶体生长方法及氧化锌晶体技术

本发明专利技术提供一种气相晶体生长方法及氧化锌晶体，涉及晶体制备技术领域。一种气相晶体生长方法，主要包括以下步骤：将悬挂有籽晶的封帽固定在装有原料的坩埚上。籽晶与所述封帽、坩埚壁均为间隔设置，籽晶位于坩埚壁限定形成的腔体内。由于籽晶不与坩埚壁直接接触，也不与封帽直接接触，使得生长在籽晶上的晶体也不会与坩埚和封帽直接接触，使晶体在生长过程中不容易出现应力集中和晶体开裂现象。本发明专利技术避免了籽晶、生长在籽晶上的晶体与容器壁直接接触，防止了生长和降温过程中的应力集中、粘连、开裂现象，防止了空洞、起泡等缺陷生成，提高了晶体的结晶质量。由上述气相晶体生长方法制得的氧化锌晶体具有更高的质量，能够满足更多应用要求。

A vapor phase crystal growth method and zinc oxide crystal

The invention provides a gas phase crystal growth method and a zinc oxide crystal, which relates to the technical field of crystal preparation. A vapor phase crystal growth method mainly comprises the following steps: fixing a cap suspended with seed crystal on a crucible containing raw materials. The seed crystal, the cap and the crucible wall are spaced, and the seed crystal is located in the cavity formed by the crucible wall. Because seed crystals do not contact crucible wall or cap directly, the crystal growing on seed crystals will not contact crucible and cap directly, which makes it difficult for crystal to appear stress concentration and crystal cracking during the growth process. The invention avoids the direct contact between the seed crystal and the crystal growing on the seed crystal and the container wall, prevents the stress concentration, adhesion and cracking during the growth and cooling process, prevents the formation of defects such as voids and bubbles, and improves the crystal quality. The zinc oxide crystal prepared by the above vapor phase crystal growth method has higher quality and can meet more application requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种气相晶体生长方法及氧化锌晶体
本专利技术涉及晶体制备
，具体而言，涉及一种气相晶体生长方法及由该方法生长出的氧化锌晶体。
技术介绍
氧化锌单晶体是一种具有宽带隙的直接禁带半导体材料，在室温下的禁带宽度为3.4eV，激子结合能高达60meV，氧化锌单晶的晶格常数与氮化镓非常接近，可以作为生长高质量氮化镓和其他氮化物外延材料的理想衬底。相比于碳化硅、氮化镓等宽带隙材料，氧化锌具有稳定性高、抗辐射能力强、价格较低、资源丰富等优势。氧化锌在光致发光、紫外探测、高能射线射探测、蓝光LED，光通讯、压电转换等领域有着广阔的应用前景。目前，氧化锌单晶体的生长方法有水热法、熔体法、助熔剂法、气相法等。商用的氧化锌单晶体多为水热法生长，但水热法容易在晶体中引入金属离子杂质，晶体纯度受到影响；熔体法生长氧化锌晶体条件苛刻，生长难度大，生长的晶体易开裂；助熔剂法生长的氧化锌晶体杂质含量高，晶体缺陷多。气相法生长氧化锌单晶体的优势是避免了助熔剂法、水热法对晶体的污染，纯度较高，生长温度和对设备的要求比熔体法低，生长速率相对较快。利用这种方法生长出的氧化锌单晶体成分均一性和纯度较好，适合制作高品质的光电子器件。但是，现有公知的氧化锌单晶体的气相生长法存在不足。在现有的气相法中，生长的晶体容易出现应力集中和开裂现象；另一方面，挥发性气氛或者杂质容易挥发进入晶体使得晶体内部出现空洞、气泡等缺陷，造成晶体质量下降。类似的，在现有公知的II-VI族化合物半导体如ZnSe、CdS、CdSe等多种晶体的气相生长技术中，也存在上述的应力集中、晶体开裂，以及空洞、气泡等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种气相晶体生长方法，该方法能够避免晶体生长中应力集中、开裂、空洞、气泡等现象，生长出质量更好的晶体。本专利技术的另一目的在于提供一种由该方法生长出的氧化锌晶体，该晶体的结晶质量较高。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种气相晶体生长方法，主要包括以下步骤：将悬挂有籽晶的封帽固定在装有原料的坩埚上。籽晶与所述封帽、坩埚壁均为间隔设置，籽晶位于坩埚壁限定形成的腔体内。本专利技术提出一种氧化锌晶体，其主要采用上述气相晶体生长方法制得。本专利技术实施例提供的气相晶体生长方法及氧化锌晶体至少具有以下有益效果：一种气相晶体生长方法，包括将悬挂有籽晶的封帽固定在装有原料的坩埚上。籽晶与所述封帽、坩埚壁均为间隔设置，籽晶位于坩埚壁限定形成的腔体内。由于籽晶不与坩埚壁直接接触，也不与封帽直接接触，使得生长在籽晶上的晶体也不会与坩埚和封帽直接接触，使晶体在生长过程中不容易出现应力集中和晶体开裂现象。若籽晶和坩埚直接贴合接触，贴合处的气氛容易挥发进入晶体，致使晶体内出现空洞、起泡等缺陷，造成晶体质量大大下降。由上述气相晶体生长方法制得的氧化锌晶体具有更高的质量，能够满足更多应用要求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1提供的封帽与籽晶连接后的结构示意图；图2为本专利技术实施例1提供的坩埚与封帽封结后放置于晶体生长炉内的结构示意图；图3为本专利技术实施例1晶体生长过程中坩埚内温度的分布示意图；图4为本专利技术实施例1降温过程中坩埚内温度的分布示意图。图标：100-封帽；102-石英管；104-第一石英棒；106-第二石英棒；108-封盖；110-第一通孔；112-第二通孔；200-籽晶；202-第三通孔；300-贵金属丝；400-晶体生长炉；402-第一热电偶；404-第二热电偶；406-第三热电偶。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例提供的气相晶体生长方法和氧化锌晶体进行具体说明。本专利技术实施例提供一种气相晶体生长方法，主要包括以下步骤：可以先组装封帽。当然封帽也可以是直接购买的满足使用要求的产品。本专利技术实施例中，封帽可以由石英管、第一石英棒和第二石英棒组成。石英管一端开口，另一端设置有封盖。可以将第一石英棒和第二石英棒分别直接焊接于封盖的两侧，第一石英棒位于石英管内，第二石英棒位于石英管外。为了方便封帽的悬挂以及籽晶的悬挂，第一石英棒远离封盖的一端设有第一通孔，第二石英棒远离封盖的一端设有第二通孔。第一通孔和第二通孔的直径一般均为0.5-3毫米。当然，具体可以根据通孔的使用要求而定。一般，第一石英棒和第二石英棒的直径均为4-10毫米，长度均为10-20毫米。在籽晶上开设第三通孔(当然，也可以直接使用购买的带有开孔的籽晶)。利用贵金属丝将籽晶悬挂于封帽的第一石英棒上。贵金属丝一端穿过籽晶上的第三通孔，另一端穿过第一通孔，简洁、快速地实现籽晶的悬挂。贵金属丝的直径一般为0.2-2毫米。因此，第一通孔和第三通孔的直径一般比贵金属丝的直径稍大或相同均可，使贵金属丝穿过时较为顺畅。贵金属丝包括铂丝、金丝、铑丝中的一种或多种，只需保证所选贵金属丝在1200℃及以下的环境中不被氧化，也不会熔化即可。选用铂丝、金丝、铑丝中的多种时，一般是使用几者的合金。能进一步减少晶体生长环境中杂质的产生，也能进一步保证晶体生长的稳定性。将晶体生长所需原料装入坩埚。原料根据生产需求而定。例如，想要获得氧化锌晶体，可以选用氧化锌籽晶，同时以高纯氧化锌粉末和高纯碳粉作为原料。本专利技术实施例中，为了减少晶体生长过程中坩埚内杂质的挥发，坩埚选用石英坩埚。籽晶在封帽上悬挂好以后，再将封帽固定在装有原料的坩埚上。固定的方式可以采用以下方法：先将封帽与坩埚通过焊接进行相对位置的固定，再进行抽真空处理，抽真空至10-3-10-5Pa时，高温封结封帽与坩埚，使得坩埚腔内保持真空状态。焊接时，不将封帽与坩埚之间封死，留出一些缝隙，只要能够将封帽和坩埚的相对位置固定即可。此种焊接操作，一方面便于稳定地对坩埚内部进行抽真空操作，另一方面能够保证对坩埚内从抽真空效果较好。由于封结和焊接时，都是石英管与坩埚进行连接，一般，石英管外径比坩埚内径小1-2毫米，坩埚的内径一般可以是30-80毫米。坩埚的高度一般为20-40厘米，以便于后期的温度分区控制。抽真空至10-3-10-5Pa，能够避免坩埚内部残留大量氧气，氧气将干扰原料在高温下的预设反应，从而影响晶体的生长效果。通过抽真空和高温封结处理，能够使原本焊接在一起(但并不完全)的封帽和坩埚连接更加致密(完全焊接)，在抽真空过程中，逐步使坩埚内形成密封的晶体生长环境，避免其他气氛进入晶体生长环境内干扰晶体生长。为保证封帽和坩埚连接的致密性，一般是一边抽真空，一边进行焊接，才能保证在焊接的高温下石英处于软化的状态，便于在抽真空和焊接的双重作用下使石英坩埚和封帽封结为一体。封帽与坩埚封结后，籽晶与封帽、坩埚壁均为间隔设置，籽晶位于坩埚壁限定形成的腔体内。避免了籽晶和坩埚直接接触或粘合，进而避免了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气相晶体生长方法，其特征在于，包括：将悬挂有籽晶的封帽固定在装有原料的坩埚上，所述籽晶与所述封帽、坩埚壁均为间隔设置，所述籽晶位于所述坩埚壁限定形成的腔体内。

【技术特征摘要】
1.一种气相晶体生长方法，其特征在于，包括：将悬挂有籽晶的封帽固定在装有原料的坩埚上，所述籽晶与所述封帽、坩埚壁均为间隔设置，所述籽晶位于所述坩埚壁限定形成的腔体内。2.根据权利要求1所述的气相晶体生长方法，其特征在于，将所述封帽固定在所述坩埚上的步骤包括：先将所述封帽与所述坩埚通过焊接进行相对位置的固定，再抽真空至10-3-10-5Pa，使所述封帽与所述坩埚焊接为一体，且所述坩埚内为真空状态。3.根据权利要求1所述的气相晶体生长方法，其特征在于，所述籽晶通过贵金属丝悬挂于所述封帽上，所述贵金属丝包括铂丝、金丝、铑丝、中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的气相晶体生长方法，其特征在于，所述封帽包括石英管、第一石英棒和第二石英棒，所述石英管一端开口，另一端设置有封盖，所述第一石英棒与所述第二石英棒分别连接于所述封盖的两侧，所述第二石英棒通过所述贵金属丝与所述籽晶相连。5.根据权利要求1-4任一项所述的气相晶体生长方法，其特征在于，将悬挂有所述籽晶的所述封帽固定在装有所述原料的所述坩埚上后得到晶体生长装置，在晶体生长炉内加热所述晶体生长装置以进行晶体生长，并使所述籽晶的温度为所述晶体生长装置内轴线上的最低温度，且所述封帽和所述原...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊龙，钟昌杰，吴卫东，彭丽萍，赵妍，王新明，王进，王雪敏，陈姝帆，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51