半导体ZnO单晶生长的技术进展.pdfVIP

维普资讯 助 财 抖 2005年第5期(36)卷 半导体 ZnO单晶生长的技术进展 李新华 ，徐家跃 (1．中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050；2．中国科学院研究生院，北京 100039) 摘 要 ： ZnO单晶是一种具有半导体 、发光、压电、电 助熔剂法、水热法、气相生长法等方法已经获得一定尺 光、闪烁等性能的多功能 晶体材料 。近年来 ，它在紫外 寸的ZnO体单 晶，特别是水热法 ，已经生长 出直径 2 光电器件和 GaN衬底材料等方面 的应用前景而使其 英寸的高质量单晶，取得 了突破性进展。本文详细总 成为新的研究热点。本文综述 了Zno单晶助熔剂法、 结了ZnO单晶生长的技术进展 ，从结晶化学角度探讨 水热法、气相法等生长技术 的研 究进展 ，结合 ZnO单 了ZnO单 晶的结 晶习性 。 晶的化学结构 ，探讨 了该晶体 的结晶习性及生长技术 2 助熔剂法生长 发展方向。 关键词 ： 氧化锌 ；结晶习性 ；晶体生长 助熔剂法是利用晶体的组分在高温下熔解于低熔 中图分类号 ： TN304．2；O782 文献标识码 ：A 点的熔剂中，形成饱和熔体，通过缓慢冷却或在恒定温 文章编号：1001-9731(2005)05-0652-03 度下蒸发熔剂，使熔体处于过饱和状态，以便晶体从熔 体中不断析出，常用此方法来生长高熔点的晶体。 1 引 言 助熔 剂法是 ZnO单 晶生长一种 常用 的方法。 ZnO单晶是一种具有半导体、发光、压电、电光、闪 1960年，美国的Nielsen等 采用 PtF 做助熔剂来生 烁等性能的多功能晶体材料。室温下，它的禁带宽度 长 zno单晶，将 ZnO和 PtF 粉料在 1150℃熔化后于 为3．4eV，激子结合能高达 60MeV，对应紫外光的发 空气中保温 2--4h，然后 以 1～10℃／h的速度冷却，得 射可以开发短波长光 电器件 。1997年 ，自然杂志高度 到了最大尺寸为 50mm 平板状晶体。后来，美国的 评价了利用 ZnO做成的激光器在提高光存储方面的 ChaseE等 同样采用 PtF 做助熔剂 自发成核生长出尺 应用前景口]。ZnO的带边发射在紫外区非常适宜作为 寸为 5mm×5ram×3ram 的ZnO单 晶。1970年 ，英国 白光 LED的激发光源材料 ，凸显了 ZnO在半导体照 的Wanklyn_6等分别采用 PO。和 Vo 以及两者 的 明工程中的重要地位，并且与 SiC、GaN等其它的宽带 混合物做助熔剂生长 出最大尺寸为宽 20mm厚0．3 隙材料相 比，ZnO具有资源丰富、价格低廉 、高的化学 mm 的板状 ZnO单 晶。1973年 ，印度 的Kashyap_7等 和热稳定性，更好的抗辐照损伤能力，适合做长寿命器 采用KOH做助熔剂来生长 ZnO单晶，得到尺寸为 件等多方面的优势。因此，ZnO单晶及其在半导体、短 Oo．2ram×6mm 的针状 Zn0单晶。在此基础上，l993 波长发光器件等方面的研究已成为国际前沿领域 中的 年，日本 的 Ushio_8等 用 KoH、NaOH 和 KoH+ 研究热点。 NaOH为助熔剂在 450～900℃温度范围内，通过使用 ZnO晶体是一致熔融化合物，其熔点为 1975℃。 大小不同的坩埚、不同的生长周期，生长出尺寸、颜色 ZnO不仅具有强烈的极性析晶特性，而且在高温下 和质量各不同的晶体，并对 ZnO