We performed the studies of optical, photoelectric, and transport properties of a hydrothermal bulk n-type ZnO crystal by using the contactless optical techniques: photoluminescence, light-induced transient grating, and differential reflectivity. Optical studies revealed bound exciton and defect-related transitions between the donor states (at ∼60 meV and ∼240 meV below the conduction band) and the deep acceptor states (at 0.52 eV above the valence band). The acceptor state was ascribed to VZn, and its thermal activation energy of 0.43 eV was determined. A low value of carrier diffusion coefficient (∼0.1 cm2/s) at low excitations and temperatures up to 800 K was attributed to impact the recharged deep acceptors. Electron and hole mobilities of 140 and ∼80 cm2/Vs, correspondently, were determined at room temperature. The decrease of carrier lifetime with excitation was ascribed to increasing rate of radiative recombination at low temperatures and nonradiative recombination above the room temperature.
References
1.
A.
Janotti
and C. G.
Van de Walle
, Rep. Prog. Phys.
72
, 126501
(2009
).2.
M. H.
Huang
, S.
Mao
, H.
Feick
, H.
Yan
, Y.
Wu
, H.
Kind
, E.
Weber
, R.
Russo
, and P.
Yang
, Science
292
, 1897
(2001
).3.
D. M.
Bagnall
, Y. F.
Chen
, Z.
Zhu
, T.
Yao
, S.
Koyama
, M. Y.
Shen
, and T.
Goto
, Appl. Phys. Lett.
70
, 2230
(1997
).4.
L. N.
Protasova
, E. V.
Rebrov
, K. L.
Choy
, S. Y.
Pung
, V.
Engels
, M.
Cabaj
, A. E. H.
Wheatley
, and J. C.
Schouten
, Catal. Sci. Technol.
1
, 768
(2011
).5.
T.
Pompe
, V.
Srikant
, and D. R.
Clarke
, Appl. Phys. Lett.
69
, 4065
(1996
).6.
Y.
Zhang
, K.
Yu
, D.
Jiang
, Z.
Zhu
, H.
Geng
, and L.
Luo
, Appl. Surf. Sci.
242
, 212
(2005
).7.
M.
Matsui
, Y.
Hashimoto
, K.
Funabiki
, J.-Y.
Jin
, T.
Yoshida
, and H.
Minoura
, Synth. Met.
148
, 147
(2005
).8.
S.
Larcheri
, C.
Armellini
, F.
Rocca
, A.
Kuzmin
, R.
Kalendarev
, G.
Dalba
, R.
Graziola
, J.
Purans
, D.
Pailharey
, and F.
Jandard
, Superlattices Microstruct.
39
, 267
(2006
).9.
H. L.
Zhou
, S. J.
Chua
, S. Y.
Chow
, H.
Pan
, Y. W.
Zhu
, Y. P.
Feng
, L. S.
Wang
, K. Y.
Zang
, W.
Liu
, and S.
Tripathy
, J. Phys. Condens. Matter
19
, 356203
(2007
).10.
D. C.
Look
, D. C.
Reynolds
, J. R.
Sizelove
, R. L.
Jones
, C. W.
Litton
, G.
Cantwell
, and W. C.
Harsch
, Solid State Commun.
105
, 399
(1998
).11.
D. C.
Reynolds
, C. W.
Litton
, D. C.
Look
, J. E.
Hoelscher
, B.
Claflin
, T. C.
Collins
, J.
Nause
, and B.
Nemeth
, J. Appl. Phys.
95
, 4802
(2004
).12.
K.
Maeda
, M.
Sato
, I.
Niikura
, and T.
Fukuda
, Semicond. Sci. Technol.
20
, S49
(2005
).13.
J.
Mass
, M.
Avella
, J.
Jiménez
, M.
Callahan
, E.
Grant
, K.
Rakes
, D.
Bliss
, and B.
Wang
, Appl. Phys. A
88
, 95
(2007
).14.
See http://crystalbase.co.jp/index/a/zno.html for Crystal Base Co.,Ltd. web page.
15.
K. M.
Johansen
, H.
Haug
, Ø.
Prytz
, P. T.
Neuvonen
, K. E.
Knutsen
, L.
Vines
, E. V.
Monakhov
, A. Y.
Kuznetsov
, and B. G.
Svensson
, J. Electron. Mater.
40
, 429
(2010
).16.
M.
Gabás
, A.
Landa-Cánovas
, J.
Luis Costa-Krämer
, F.
Agulló-Rueda
, A. R.
González-Elipe
, P.
Díaz-Carrasco
, J.
Hernández-Moro
, I.
Lorite
, P.
Herrero
, P.
Castillero
, A.
Barranco
, and J.
Ramón Ramos-Barrado
, J. Appl. Phys.
113
, 163709
(2013
).17.
S. H.
Lee
, J. S.
Lee
, W. B.
Ko
, J. I.
Sohn
, S. N.
Cha
, J. M.
Kim
, Y. J.
Park
, and J. P.
Hong
, Appl. Phys. Express
5
, 95002
(2012
).18.
Y. J.
Zeng
, Z. Z.
Ye
, W. Z.
Xu
, D. Y.
Li
, J. G.
Lu
, L. P.
Zhu
, and B. H.
Zhao
, Appl. Phys. Lett.
88
, 062107
(2006
).19.
C.
Rauch
, W.
Gehlhoff
, M. R.
Wagner
, E.
Malguth
, G.
Callsen
, R.
Kirste
, B.
Salameh
, A.
Hoffmann
, S.
Polarz
, Y.
Aksu
, and M.
Driess
, J. Appl. Phys.
107
, 024311
(2010
).20.
M. G.
Wardle
, J. P.
Goss
, and P. R.
Briddon
, Phys. Rev. B
71
, 155205
(2005
).21.
A.
Carvalho
, A.
Alkauskas
, A.
Pasquarello
, A. K.
Tagantsev
, and N.
Setter
, Phys. B Condens. Matter
404
, 4797
(2009
).22.
Y. Y.
Sun
, T. A.
Abtew
, P.
Zhang
, and S. B.
Zhang
, Phys. Rev. B
90
, 165301
(2014
).23.
M. D.
McCluskey
, C. D.
Corolewski
, J.
Lv
, M. C.
Tarun
, S. T.
Teklemichael
, E. D.
Walter
, M. G.
Norton
, K. W.
Harrison
, and S.
Ha
, J. Appl. Phys.
117
, 112802
(2015
).24.
S. L.
Chen
, W. M.
Chen
, and I. A.
Buyanova
, Appl. Phys. Lett.
102
, 121103
(2013
).25.
J.
Pernot
, W.
Zawadzki
, S.
Contreras
, J. L.
Robert
, E.
Neyret
, and L.
Di Cioccio
, J. Appl. Phys.
90
, 1869
(2001
).26.
Oxide and Nitride Semiconductors
, edited by T.
Yao
and S.-K.
Hong
(Springer
, Berlin/Heidelberg
, 2009
).27.
A.
Sabbah
and D.
Riffe
, Phys. Rev. B
66
, 165217
(2002
).28.
K.
Jarasiunas
, R.
Aleksiejunas
, T.
Malinauskas
, V.
Gudelis
, T.
Tamulevicius
, S.
Tamulevicius
, A.
Guobiene
, A.
Usikov
, V.
Dmitriev
, and H. J.
Gerritsen
, Rev. Sci. Instrum.
78
, 033901
(2007
).29.
R. C.
Rai
, M.
Guminiak
, S.
Wilser
, B.
Cai
, and M. L.
Nakarmi
, J. Appl. Phys.
111
, 073511
(2012
).30.
31.
P. B.
Klein
, R.
Myers-Ward
, K.-K.
Lew
, B. L.
VanMil
, C. R.
Eddy
, D. K.
Gaskill
, A.
Shrivastava
, and T. S.
Sudarshan
, J. Appl. Phys.
108
, 033713
(2010
).32.
U.
Özgür
, Y. I.
Alivov
, C.
Liu
, A.
Teke
, M. A.
Reshchikov
, S.
Doğan
, V.
Avrutin
, S.-J.
Cho
, and H.
Morkoç
, J. Appl. Phys.
98
, 041301
(2005
).33.
M. A.
Reshchikov
and H.
Morkoç
, J. Appl. Phys.
97
, 061301
(2005
).34.
A.
Tsukazaki
, A.
Ohtomo
, and M.
Kawasaki
, Appl. Phys. Lett.
88
, 152106
(2006
).35.
L.
Wang
and N. C.
Giles
, J. Appl. Phys.
94
, 973
(2003
).36.
B. K.
Meyer
, H.
Alves
, D. M.
Hofmann
, W.
Kriegseis
, D.
Forster
, F.
Bertram
, J.
Christen
, A.
Hoffmann
, M.
Straßburg
, M.
Dworzak
, U.
Haboeck
, and A. V.
Rodina
, Phys. Status Solidi
241
, 231
(2004
).37.
W.
Gajewski
, P.
Achatz
, O.
Williams
, K.
Haenen
, E.
Bustarret
, M.
Stutzmann
, and J.
Garrido
, Phys. Rev. B
79
, 045206
(2009
).38.
M.
Willander
, O.
Nur
, J. R.
Sadaf
, M. I.
Qadir
, S.
Zaman
, A.
Zainelabdin
, N.
Bano
, and I.
Hussain
, Materials (Basel)
3
, 2643
(2010
).39.
M.
Grundmann
, The Physics of Semiconductors
, 2nd ed. (Springer
, Berlin/Heidelberg
, 2010
).40.
P.
Achatz
, J.
Pernot
, C.
Marcenat
, J.
Kacmarcik
, G.
Ferro
, and E.
Bustarret
, Appl. Phys. Lett.
92
, 072103
(2008
).41.
I.
Stenger
, M.-A.
Pinault-Thaury
, T.
Kociniewski
, A.
Lusson
, E.
Chikoidze
, F.
Jomard
, Y.
Dumont
, J.
Chevallier
, and J.
Barjon
, J. Appl. Phys.
114
, 073711
(2013
).42.
K.
Hümmer
, Phys. Status Solidi
56
, 249
(1973
).43.
G.
Liaugaudas
, P.
Ščajev
, and K.
Jarašiūnas
, Semicond. Sci. Technol.
29
, 015004
(2014
).44.
J. F.
Schetzina
and J. P.
McKelvey
, Phys. Rev. B
2
, 1869
(1970
).45.
H. B.
Ye
, J. F.
Kong
, W. Z.
Shen
, J. L.
Zhao
, and X. M.
Li
, Appl. Phys. Lett.
90
, 102115
(2007
).46.
P.
Wagner
and R.
Helbig
, J. Phys. Chem. Solids
35
, 327
(1974
).47.
48.
T.
Malinauskas
, K.
Jarašiūnas
, R.
Aleksiejunas
, D.
Gogova
, B.
Monemar
, B.
Beaumont
, and P.
Gibart
, Phys. Status Solidi
243
, 1426
(2006
).© 2016 AIP Publishing LLC.
2016
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
