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ZnO退火中存在的问题 张贺秋，胡礼中 大连理工大学物理与光电工程学院，大连 （116024 ） Email：hqzhang@ 摘 要：由于光电子技术、信息技术、航空航天等高技术领域对短波长发光器件的迫切需求， ZnO等宽禁带半导体成为世界范围内的研究热点。在 ZnO的 p型掺杂杂质激活、欧姆接触和 提高单晶质量等研究中，高温退火是必不可少的工艺。目前 ZnO高温退火工艺是在 ZnO表面 裸露的情况下进行的，当退火温度较高时，ZnO表面将发生分解；同时 ZnO结构、光学及电 学特性与退火条件的关系有所不同；此外，在较高温度下退火时，ZnO薄膜内部的本征缺陷 增多，这不利于实现 ZnO的 p型掺杂。 关键字：ZnO，光电薄膜，退火 中图分类号：O484.1 一、引言 ZnO 是Ⅱ-Ⅵ族化合物，它是直接带隙宽禁带半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37eV 。 其激子束缚能高达60meV，比室温热离化能(26meV) 大很多，是一种适合于室温或更高温度下的 紫外光发光材料。ZnO生长温度比GaN低1/ 2，这在很大程度上避免了外延膜与衬底间的互扩散， 有利于提高成膜质量。在ZnO 薄膜中掺入Mg 、Cd 等元素能有效地调节禁带宽度，带宽覆盖红 光到紫外，有望开发出紫外、蓝光和绿光等多种器件。ZnO 与同为第三代半导体的GaN 的晶格 失配度仅为1.7%，可互为缓冲层。ZnO 薄膜还是极好的透明电极材料，具有优异的透明导电性 能，无毒性，价廉易得，稳定性高；特别是在氢等离子体中比ITO 稳定，正成为ITO 薄膜的替 代材料，在显示器和太阳能电池等领域得到应用，并具有在航空领域应用的优势。此外，ZnO还 具有易于大面积、低成本制备及常规湿法刻蚀等优点。ZnO众多优异的性质使其在紫外发光器、 变阻器、高功率透明电子器件、表面声波器件、压电传感器以及化学及气敏元件的应用中再次引 起了广泛关注。低成本ZnO 紫外激光器的开发又将使之在高密度数据存储、固态光源、安全通 讯、生物探测器等领域得到重要应用。因而，对ZnO及其薄膜材料的研究已在世界范围内掀起了 广泛的研究热潮。 ZnO器件的性能无不与其缺陷、掺杂和接触相关[1] 。高性能的器件依赖于高质量的材料。目 前ZnO薄膜之所以没有达到应用的地步，关键的问题有：ZnO薄膜的质量达不到实用化的要求和 ZnO薄膜很难实现稳定的p型掺杂，因此如何制备高质量ZnO薄膜及实现稳定的p型掺杂是目前研 究的重要方向[2] 。在改进ZnO薄膜质量及实现稳定p型掺杂的研究中，高温退火处理工艺被广泛 应用，退火处理影响ZnO薄膜结构、薄膜中缺陷数量及薄膜内应力，同时可以激活掺入的p型杂 质元素，因而影响到薄膜的结晶质量，进而影响薄膜的光学性能和电学性能。 本文通过对大量的关于ZnO薄膜及单晶退火的研究，提出在ZnO退火中存在许多问题，包括 高温退火中ZnO表面分解；在高温退火时ZnO薄膜内部本征缺陷增加，提高p型受主密度，利用 退火得到稳定的p型掺杂；不同研究者得出的退火条件与退火结果之间的矛盾，区分退火后薄膜 中的缺陷类型及降低缺陷数量。 二、国内外研究现状 目前在国内外对ZnO薄膜的研究中，大量的文献报道了利用退火工艺提高ZnO薄膜质量及在 ZnO 的p型掺杂中的应用。从数据库web of science 以下面的字段“TS=(ZnO) AND TS=(annealing) NOT TS=(glass) AND TS=(film)”有哪些信誉好的足球投注网站近10年这方面的文献有多于560篇，其中近5年的有490多篇， 国外的文献400多篇，国内的文献有130多篇。国外的研究主要集中在韩国、日本、美国、印度、 法国、新加坡、德国等国家。国内的研究主要集中在中科院、吉林大学、大连理工大学、中国科 - 1 -