退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响.doc

第26卷　第3期2005年3月　　
半　导　体　学　报
CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORS
　　Mar.,2005
退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响
温战华　王　立　方文卿　蒲　勇　罗小平　郑线ω22θ扫描曲线除了ZnO(002)和Al2O3(006)衍射峰外还出现了ZnO2(200)面衍射峰(图中
仅绘出860℃退火结果),该峰的强度比ZnO(002)
峰强度小三个数量级(退火温度升高,峰强基本不变),如图1(b)(c)是对860℃退火样品进
行电感耦合等离子体刻蚀20min后的ω22
θ扫描曲线,图中ZnO2(200)[15]曾报道过650℃下Si(111)面上生长ZnO薄膜时出现ZnO2.
,由于退火在空气中高温下进行,ZnO薄膜表面Zn原子不断蒸发[16],同时表面不断吸附空气中的氧原子,以至于表面Zn/O比不断变化,并且这个过程随温度升高而加剧,在770℃以上导致了新相ZnO2生成.
对退火前后的样品进行X射线双晶(002)面和(102)面的ω扫描(摇摆曲线),其半高宽(FWHM)(002)面的FWHM减小,770℃后FWHM基本保持不变.(102)[17]曾报道过ω扫描半高宽的影响因素,认为(002)(102),我们认为,在770℃以下,随着退火温度升高,螺位错和刃位错均减少,
晶粒融合长大(晶粒平均直径约1
μm),晶体质量提高,因而(002)面和(102)面FWHM都减小,770℃,升高退火温度,(002
)
图1　常压MOCVD生长的ZnO薄膜的X射线ω22
θ扫描谱　(a)未退火;(b)860℃退火;(c)860℃退火+刻蚀20min
　X2rayω22
θscancurveforZnOfilmsgrownbyAP2MOCVD　(a)As2grown;(b)Annealedat860℃;
(c)Annealedat860℃andetchedfor
20min
图2　常压MOCVD生长的ZnO单晶膜XRD双晶ω摇摆曲线的FWHM与退火温度的变化曲线　(a)ZnO(002)面ω扫描FWHM变化曲线;(b)ZnO(102)面ω扫描FWHM变化曲线
　DependenceofXRDω2rockingcurveFWHMonannealingtemperatureforZnOgrownbyAP2MOCVD(a)ZnO(002);(b)ZnO(102)
(102),化学计量比的变化和ZnO2的形成只是在外表面很薄的一
500
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层,否则将导致ω扫描曲线的展宽.
外延生长过程容易产
图3　常压MOCVD生长的ZnO单晶膜在不同退火条件下的
PL谱　a: