We report on the growth mechanism, structure, and luminescence properties of ZnO hexagonal columns grown from Zn vapor and air plasma. Single-crystal ZnO columns grow in the [0001] direction through repeated nucleation and growth of epitaxial hexagonal pyramids on the c-planes. Homoepitaxial nucleation of three-dimensional ZnO pyramids is most likely due to the Ehrlich–Schwoebel effect. This mechanism produces columns that are a few hundred nanometers in diameter and up to 2 μm in length. Convergent beam electron diffraction shows that the columns grow with Zn polarity in the [0001] direction. Cathodoluminescence and photoluminescence measurements show near-bandedge emission (3.29 eV) with no emission associated with oxygen vacancies at 2.5 eV.

1.
Z. K.
Tang
,
G. K. L.
Wong
,
P.
Yu
,
M.
Kawasaki
,
A.
Ohtomo
,
H.
Koinuma
, and
Y.
Segawa
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
3270
(
1998
).
2.
D. M.
Bagnall
,
Y. F.
Chen
,
Z.
Zhu
,
T.
Yao
,
S.
Koyama
,
M. Y.
Shen
, and
T.
Goto
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
2230
(
1997
).
3.
M. H.
Huang
,
S.
Mao
,
H.
Feick
,
H. Q.
Yan
,
Y. Y.
Wu
,
H.
Kind
,
E.
Weber
,
R.
Russo
, and
P. D.
Yang
,
Science
292
,
1897
(
2001
).
4.
M. H.
Huang
,
Y. Y.
Wu
,
H.
Feick
,
N.
Tran
,
E.
Weber
, and
P. D.
Yang
,
Adv. Mater. (Weinheim, Ger.)
13
,
113
(
2001
).
5.
Y. W.
Wang
,
L. D.
Zhang
,
G. Z.
Wang
,
X. S.
Peng
,
Z. Q.
Chu
, and
C. H.
Liang
,
J. Cryst. Growth
234
,
171
(
2002
).
6.
V. A. L.
Roy
,
A. B.
Djurisic
,
W. K.
Chan
,
J.
Gao
,
H. F.
Lui
, and
C.
Surya
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
141
(
2003
).
7.
W. I.
Park
,
D. H.
Kim
,
S. W.
Jung
, and
G. C.
Yi
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
4232
(
2002
).
8.
Z. W.
Pan
,
Z. R.
Dai
, and
Z. L.
Wang
,
Science
291
,
1947
(
2001
).
9.
B. D.
Yao
,
Y. F.
Chan
, and
N.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
757
(
2002
).
10.
H. T.
Ng
,
B.
Chen
,
J.
Li
,
J. E.
Han
,
M.
Meyyappan
,
J.
Wu
,
S. X.
Li
, and
E. E.
Haller
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
2023
(
2003
).
11.
H.
Saitoh
,
M.
Satoh
,
N.
Tanaka
,
Y.
Ueda
, and
S.
Ohshio
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
38
,
6873
(
1999
).
12.
L.
Guo
,
J. X.
Cheng
,
X. Y.
Li
,
Y. J.
Yan
,
S. H.
Yang
,
C. L.
Yang
,
J. N.
Wang
, and
W. K.
Ge
,
Mater. Sci. Eng., C
16
,
123
(
2001
).
13.
R.
Konenkamp
,
K.
Boedecker
,
M. C.
Lux-Steiner
,
M.
Poschenrieder
,
F.
Zenia
,
C.
Levy-Clement
, and
S.
Wagner
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
2575
(
2000
).
14.
L.
Vayssieres
,
K.
Keis
,
A.
Hagfeldt
, and
S. E.
Lindquist
,
Chem. Mater.
13
,
4395
(
2001
).
15.
W. J.
Li
,
E. W.
Shi
,
W. Z.
Zhong
, and
Z. W.
Yin
,
J. Cryst. Growth
203
,
186
(
1999
).
16.
J. J.
Wu
and
S. C.
Liu
,
J. Phys. Chem. B
106
,
9546
(
2002
).
17.
E.
Dowty
,
Am. Mineral.
65
,
465
(
1980
).
18.
A.
Wander
and
N. M.
Harrison
,
Surf. Sci.
468
,
L851
(
2000
).
19.
J. D. H.
Donnay
and
D.
Harker
,
Am. Mineral.
22
,
446
(
1937
).
20.
J.
Tersoff
,
A. W. D.
Vandergon
, and
R. M.
Tromp
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
266
(
1994
).
21.
A. M.
Morales
and
C. M.
Lieber
,
Science
279
,
208
(
1998
).
22.
M.
Siegert
and
M.
Plischke
,
Phys. Rev. E
53
,
307
(
1996
).
23.
J.
Villain
,
J. Phys. I
1
,
19
(
1991
).
24.
G.
Ehrlich
and
F. G.
Hudda
,
J. Chem. Phys.
44
,
1039
(
1966
).
25.
R.
Schwoebel
,
J. Appl. Phys.
40
,
614
(
1969
).
26.
M.
Siegert
and
M.
Plischke
,
Phys. Rev. Lett.
73
,
1517
(
1994
).
27.
J. K.
Zuo
and
J. F.
Wendelken
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
2791
(
1997
).
28.
E.
Vasco
,
C.
Zaldo
, and
L.
Vazquez
,
J. Phys.: Condens. Matter
13
,
L663
(
2001
).
29.
S. K.
Hong
,
T.
Hanada
,
H. J.
Ko
,
Y. F.
Chen
,
T.
Yao
,
D.
Imai
,
K.
Araki
,
M.
Shinohara
,
K.
Saitoh
, and
M.
Terauchi
,
Phys. Rev. B
65
,
115
331
(
2002
).
30.
B.
Daudin
,
J. L.
Rouviere
, and
M.
Arlery
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
2480
(
1996
).
31.
F.
Vigue
,
P.
Vennegues
,
S.
Vezian
,
M.
Laugt
, and
J. P.
Faurie
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
194
(
2001
).
32.
K.
Vanheusden
,
W. L.
Warren
,
C. H.
Seager
,
D. R.
Tallant
,
J. A.
Voigt
, and
B. E.
Gnade
,
J. Appl. Phys.
79
,
7983
(
1996
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.