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第 27 卷 　第 10 期 半 　导 　体 　学 　报 Vol . 27 　No . 10 2006 年 10 月 C H IN ES E J O U RN AL O F S EM I CON D U C TO RS Oct . ,2006 ZnO 单晶的缺陷及其对材料性质的影响 魏学成 　赵有文 　董志远 　李晋闽 ( 中国科学院半导体研究所 , 北京 　100083) 摘要 : 利用 X 射线衍射技术 、荧光光谱 、霍尔效应和光学显微等方法分别研究了 ZnO 单晶的晶格完整性 、深能级 缺陷、电学性质 、位错和生长极性. 通过比较 ZnO 单晶材料在退火前后的测试结果 ,分析了材料的缺陷属性和缺陷 对材料性质 、晶体完整性的影响. 关键词 : ZnO ; 缺陷; 单晶 PACC : 6 110C ; 8160 ; 7 120 中图分类号 : TN 3042 + 1 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 02534 177 (2006) 无色透明体. 实验中测试用的样品尺寸约为 5m m , 1 　引言 表面经研磨后抛光. 电学参数的测量采用常规霍尔 方法 , 用金属铟做欧姆电极. 利用一台 325n m 的氦 ( ) 镉激光器在室温下测量了 Z n O 单晶样品退火前后 氧化锌 Z n O 为直接带隙半导体材料 , 禁带宽 度为 34e V ,激子束缚能高达 60m e V , 适合制作高 的荧光谱. 晶体结构完整性由英国Bede 公司生产的 效率蓝色 、紫外发光和探测器等光电器件[ 1～3 ] . Z n O Q C2OO X 射线双晶衍射系统测量表征. 用稀盐酸在 还可以制造气敏器件 、表面声波器件 、透明大功率电 室温下腐蚀 ZnO 单晶样品 3min , 去离子水冲洗 、吹 子器件 、发光显示和太阳能电池的窗口材料以及变 干后在一台 Olymp us M X40 型显微镜下观察位错腐 阻器 、压电转换器等[ 4～6 ] . 此外 , 由于 Z n O 与 GaN 蚀坑密度 ,在此基础上分析单晶的生长方向和极性规 的晶格失配度较小 , 而且相对容易生长体单晶, 有希 律. 望成为生长高质量 GaN 外延材料的理想衬底. 正是 由于这些优良的性质和广阔的应用前景 , Z n O 单晶 3 　结果与分析 及外延材料生长成为当前研究的一大热点. 与其他半导体材料一样 , 作为衬底材料 , Z n O 表 1 给出了 CV T 法生长的三个 Z n O 单晶样 单晶需要具有低的缺陷密度 、好的晶格完整性和理 品的电学测试结果. 可以看出, 原生 Z n O 单晶为 n 想稳定的电学性质 , 以保证高质量外延材料的生长 型 ,其室温自由电子浓度为 1017 ～1018 c m - 3 , 迁移率 和满足器件研制的要求. 单晶衬底的完整性和电学 为 97～130c m2 / ( V ·s) . 经退火后这些 Z n O 单