水熱法ZnO晶體生長及摻鈧研究.pdf

1、ZnO是一種典型的直接帶隙、寬禁帶材料,具有非常優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能,可以作為發(fā)光、電光、壓電、半導(dǎo)體、閃爍等性能的多功能晶體。使用范圍包括表面聲波器件(SAW)、光波導(dǎo)器件、聲光媒質(zhì)、導(dǎo)電氣敏傳感器、壓電轉(zhuǎn)換器、變阻器、熒光物質(zhì)和透明導(dǎo)電電極等等,是典型的第三代半導(dǎo)體。此類半導(dǎo)體具有禁帶寬度大、電子漂移飽和速度高、介電常數(shù)小、導(dǎo)熱性好等特點(diǎn),適于制作抗輻射、高強(qiáng)、大功率和高密度集成的電子器件。與其它寬禁帶半導(dǎo)體相比,ZnO晶體具有熔點(diǎn)

2、高(1970℃)、高溫穩(wěn)定性(溫度高達(dá)700℃,性能穩(wěn)定)、激子束縛能高于熱離能(26mev)、量子效率高、晶體生長溫度低等優(yōu)點(diǎn),因而是制作高溫、高強(qiáng)、高功率和高集成的電子器件以及短波發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)和激光器等的最佳候選材料。但是ZnO是有很強(qiáng)極性的氧化物,在高溫生長過程中還具有強(qiáng)烈的極性析晶特性,所以該晶體生長極為困難,到目前為止雖然晶體生長學(xué)家們通過半個(gè)多世紀(jì)的努力,但所生長出來的晶體尺寸只有2-3英寸。

3、r>　　在晶體的生長過程中摻雜是解決晶體生長習(xí)性的一種常用方法,實(shí)驗(yàn)證實(shí),①鈧的摻入能使ZnO晶體的+c區(qū)域生長成為六方柱狀形態(tài),增加了ZnO晶體+c區(qū)域的利用率;②鈧的摻入使得晶體表現(xiàn)為:當(dāng)+c區(qū)域和-c區(qū)域顏色有差別時(shí),+c區(qū)域顏色較淺,呈淡黃綠色,-c區(qū)域顏色較深,呈綠色,此時(shí)(1011)面有較大顯露,當(dāng)+c區(qū)域與-c區(qū)域顏色相近時(shí),兩區(qū)域的顏色與以上的-c區(qū)域顏色相同都呈綠色,此時(shí)(1011)面不顯露或只有部分顯露,但晶面(10

4、11)在所有摻鈧ZnO晶體中只有少部分顯露而且顯露面積很小。通過對摻鈧ZnO晶體的肉眼觀察、折射率測試、EDS(X微區(qū)分析)以及純ZnO晶體和摻鈧ZnO晶體透光率測試比對等方法得出如下結(jié)論:①摻鈧ZnO晶體的缺陷主要包括添晶、開裂、缺口、顏色分帶、生長條紋、裂隙等;②摻鈧ZnO晶體的最小折射率的平均值為1.9603,最大折射率為2.0187;③摻鈧ZnO晶體的相對密度約為5.613-5.641之間;④晶體表面的雜質(zhì)主要富集于摻鈧ZnO晶