同位元素添加単結晶を用いた電子スピン共鳴法と発光測定による酸化亜鉛の欠陥分析

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水熱法によってZnO単結晶を育成した。育成にはKOH+LiOHアルカリ溶液を用いるが、その溶媒として純水(軽水)および重水を用いた。得られた結晶の光学特性をカソードルミネッセンス(CL)、赤外吸収分光(FTIR)によって調べた。また、ESRスペクトルを測定した。(1)結晶成長.400℃,1000気圧の条件で2週間結晶を育成した。軽水、重水のどちらを使っても、結晶の色は緑かかっていた。また、O面よりZn面の結晶成長速度が大きく、結晶の色はO面側の緑色が濃かった。得られた単結晶の大きさは、重水溶液の方が小さくなる傾向がみられた。また、過酸化水素水を添加して酸素過剰の条件下で育成した結晶は、色が薄くほぼ透明であった。(2)CL測定.軽水、重水どちらを使って育成した結晶にも、スペクトルにはバンド端発光(370nm)と橙色発光(600nm)が観察された。また、両者で明確な違いは見られなかった,FTIR測定は、赤外域の吸収が大きかったため、水素や重水素の格子振動のピークを見出すことができなかった。吸収の原因は自由電子にあると考えられるので、水素パッシベーションや深いアクセプターによる補償効果を使って吸収を抑えることを検討中である。(3)ESR測定.現在のところ有用なデータを得るまでに至っていない。同位元素をエンリッチした単結晶の育成にめどがついた段階である。(4)計算機シミュレーション.超格子バンド計算法によりZnOの欠陥の電子状態を計算するプログラムの開発を行った。