ZnO晶体Al杂质与Zn间隙共存的复合缺陷研究

利用第一性原理,研究了ZnO晶体Al杂质与Zn间隙共存的复合缺陷(AlZnZni)电子结构和光学性质.计算结果显示,AlZnZni复合缺陷的形成能为-3.180 eV,较低的形成能表明这种缺陷容易形成;复合缺陷使ZnO晶体的能带整体下移,带隙减小,价带区域展宽;电子能带结构的变化对ZnO的光学性质在低能产生了重要影响,主要表现在:介电函数虚部往低能方向移动且强度显著增强,使得ZnO表现出简并半导体的特性;复合缺陷导致ZnO晶体光学吸收边缘产生了红移,可见光区的吸收系数增大,透过率降低.     

无籽晶化学气相法生长ZnO晶体

采用化学气相法自发成核的方式生长出φ4mm×5 mm ZnO单晶体.分析了化学气相输运机制,获得ZnO-C体系在生长过程中的压强为0.43 MPa,确定以扩散传输为主;设计了新的生长石英安瓿(锥角约为35°),让沿较快面生长的晶核能淘汰其他晶胚,易长大并形成单晶;X射线衍射测试晶体生长显露面为(002)面,其回摆曲线半峰宽为18arcsec;六边形的腐蚀蚀坑确定该面为ZnO(001)的Zn面,位错缺陷密度为103 cm-2量级.晶体在368 nm处出现了较强的紫外发光峰,属带边激子跃迁;紫外透过率在450～1000 nm内达65;,截止波长为390 nm,对应禁带宽度约为3.12 eV.结果表明,采用无籽晶化学气相法生长的ZnO晶体结晶度好,质量较高.     

ZnO单晶的生长表面形貌及形成机制研究

采用石墨辅助化学气相传输法生长了ZnO单晶体.利用XRD、金相显微镜和扫描电镜等对晶体结构和表面形貌进行研究,发现其表面由大量六边形台阶堆垛而成,单个晶粒呈六方伞状结构并始终显露(001)面.同一平面内台阶的大小、陡峭程度存在差异,台阶之间为平行走向.通过形成机制分析,获得生长体系的过饱和度σv约为7;,发现生长表面的腐蚀形貌为六边形平底蚀坑,确定在化学气相法中ZnO单晶呈台阶生长的主要条件是螺旋位错.