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1、第33卷第1期人工晶体学报Vol.33No.12004年2月JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSFebruary,2004氧化锌晶体的研究进展宋词,杭寅,徐军(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)摘要:基于ZnO的紫外激光器的实现掀起了对于传统的纤锌矿结构的半导体ZnO材料的新的研究热潮。ZnO以其优良的综合性能将成为下一代光电子材料,因此对ZnO单晶的研究有重要的理论和实践意义。目前生长ZnO的方法有助熔剂法、水热法、气相法和坩埚下降法等等,但所生长的ZnO单晶的尺寸和质量都有待于提高。关键词:氧化锌;
2、晶体生长;半导体;水热法;助熔剂法;气相法;坩埚下降法中图分类号:O781文献标识码:A文章编号:1000-985X(2004)01-0081-07ResearchProgressofZnOSingleCrystalSONGCi,HANGYin,XUJun(ShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanics,Shanghai201800,China)(Received30June2003)Abstract:TheUVlaserbasedonthewurtziticZnOmakesZnOahotspotcr
3、ystal.Withthecombinationofmanyexcellentproperties,ZnOwillbethenextgenerationoptoelectronicmaterial.TheresearchonZnOcrystalisveryimportantnotonlyforbasicstudiesbutalsoforapplication.ThemothodsforgrowingbulkZnOcrystalsareflux,hydrothomal,vaporphaseandBridgmanmethod,etc,and
4、thesemethodsshouldbeimprovedforgrowinglargeandhighqualityZnOcrystals.Keywords:zincoxide;crystalgrowth;semiconductor;hydrothermalmethod;fluxmethod;vaporphasemethod;Bridgmanmethod1引言随着信息技术的飞速发展,以光电子和微电子为基础的通信和网络技术成为高新技术的核心。对于短波光学器件及高能高频电子设备的需求日益增长,宽带隙半导体材料如6H-SiC(3.0eV,2K)
5、和GaN(3.5eV)在近10年一直活跃在最前线。最近,另一种宽带隙半导体材料ZnO也引起人们同样的关注。[1]1966年,Nicol发现在电子束的抽运下,体材料的ZnO在低温下会产生受激辐射,随着脉冲激光沉积[2,3][4,5][6](PLD)、分子束外延(MBE)和金属有机气相沉积(MOCVD)技术的发展,人们可以制备出结构更加完善的ZnO单晶外延膜。美国、日本以及中国香港的科学家先后报道了能产生紫外辐射的ZnO半导体激光[4,5,7,8]器,著名的物理学家Robert在Science上撰文认为ZnO极有可能取代蓝光激光器。有人预计
6、ZnO与目前的SiC及GaN有同样的应用,将作为下一代光电材料。由于ZnO在可见光区透明,有很大的机电耦合系数以及某些气体分子能在其表面吸附-解析,多晶形态的ZnO曾得到了很广泛的应用,如表面声波器件(SAW)、光波导器件、声光媒质、导电气敏传感器、压电转换器、变阻器、荧光物质和透明导电电极等等。由于其激子束缚能大、在室温下泵浦阈值很低、可调谐带宽范收稿日期:2003-06-30作者简介:宋词(1977-),男,湖南省人,博士。E-mail:sooci@sina.com82人工晶体学报第33卷围为2.8~4.0eV、可以得到高质量的外延
7、衬底、还可根据同质外延的需要比较容易地解理等优良的性能,ZnO今后有望在紫外、蓝光LD和LED、异质外延和同质外延P-N结、高峰值能量的能量限制器、大直径高质量的GaN的衬底、将来的5GHz之外的无线通信系统、高电场设备、高温高能电子器件等方面得到广泛的应[9]用。2氧化锌的结构特征和性能2.1结构ZnO在常温下的稳定相是纤锌矿结构,空间群为P63mc,a=0.32533nm,c=0.52073nm,Z=2,结构如图1所示。图1ZnO的三维结构图Fig.13Dstructureofzincoxide-其中(0001)面为Zn原子面,(0
8、001)面为O原子面,无对称中心。晶体中负离子配位四面体为6-[Zn-O4],表1列出了其基本物理性能参数。表1ZnO的基本性能参数Table1ThebasicpropertiesofzincoxidePr
