研究目的
首次展示直接从熔体中获得的具有高度结构完整性的真正大块ZnGa2O4单晶，这些单晶可用于外延生长和器件的衬底制备。另一个目标是提供熔体生长的ZnGa2O4单晶的基本结构、化学、电学和光学特性表征，这有助于更好地理解该材料的特性，尤其是其电学特性。
研究成果
我们展示了直接从熔体中获得的真正块状ZnGa2O4单晶的生长与表征。ZnGa2O4高达1900±20°C的熔点会导致其液相热分解及强烈的非一致蒸发，从而引起组分偏移。优化后的生长条件获得了具有正常尖晶石结构的化学计量比或近化学计量比单晶。当Ga/Zn比例保持在约2.17以内时，ZnGa2O4能维持单晶结构，超过该比例则会形成β-Ga2O3杂相。所获单晶结构质量优异，（100）取向晶圆的摇摆曲线半高宽甚至低于25角秒。这些单晶既可以是电阻率为0.002-0.1Ω·cm、自由电子浓度为3×101?-9×101?cm?3、霍尔迁移率为40-107cm2/V·s的电绝缘体，也可以是n型半导体。通过在≥700°C氧气环境中退火至少数小时，可将其半导体态转变为电绝缘态。透射光谱显示275nm处存在陡峭吸收边，根据吸收系数推算的光学带隙为直接带隙，约4.6eV。熔体生长的ZnGa2O4单晶在氧化气氛中热稳定性达1100°C，在还原气氛中达700°C。由于具有立方结构和无易解理面特性，该晶体不仅便于制备电子/光电子应用所需的晶圆，还能作为磁性铁氧体尖晶石薄膜外延生长的优质晶格匹配衬底。
研究不足
ZnGa2O4高达1900±20℃的熔点导致其在液相中发生热分解，并引发强烈的非一致蒸发，从而造成成分偏移。单次生长实验获得的ZnGa2O4单晶体积约为8立方厘米，远小于直拉法制备的Ga2O3晶体（约160立方厘米）。
