[發明專利]一種帶隙寬度可調的鋁銦氧化物薄膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410036256.8
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103789745A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 馬瑾;李釗;欒彩娜
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

技術領域

本發明涉及一種帶隙寬度可調的鋁銦氧化物薄膜材料及其制備方法，屬于半導體薄膜材料和光電子材料技術領域。

背景技術

隨著材料科學的不斷發展，人們對寬帶隙氧化物半導體材料的研究產生了濃厚的興趣，尤其是透明光電器件更是成為當前國際上熱門的前沿研究領域之一，寬帶隙氧化物半導體材料是制造透明光電器件和紫外光電器件的重要材料。在透明薄膜晶體管、太陽能電池、紫外探測器、存儲器和氣敏傳感器等領域有著廣闊的應用前景。

氧化鋁（Al₂O₃)常見的是α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃兩種同分異構體。氧化鋁具有帶隙寬（E_g～8.7eV）、化學和熱性能穩定等優點。用途主要包括：用作研磨材料及切割工具，用作高溫耐火材料、制造人造寶石等；α-Al₂O₃(藍寶石)單晶片是氮化鎵基發光二極管（LED）和激光器（LD）的襯底材料，也可用于生產現代大規模集成電路的襯底材料。氧化銦（In₂O₃）具有直接帶隙（E_g～3.7eV），是重要的光電子信息材料。In₂O₃薄膜的光電特性可以通過調整淀積參數進行控制。錫摻雜的氧化銦（ITO）薄膜的電阻率可達～10^-4Ωcm，在可見光范圍內具有很高的透過率。ITO薄膜是當前使用最廣泛的透明導電膜，主要用于平面顯示和太陽電池等領域。

人們對多元化合物半導體材料如：鋁銦氮（Al_xIn_1-xN）、鋁鎵氮（Al_xGa_1-xN）、鎂鋅氧（Mg_xZn_1-xO）和鎵銦氧（Ga_2xIn_2(1-x)O₃）等進行研究的一個重要原因是這些材料的禁帶寬度可以通過改變組分進行調節，因而成為制造半導體光電器件的重要材料，在發光二極管、激光器、紫外探測器和疊層高效薄膜太陽能電池等方面具有實際的應用價值。CN1770484A公開了一種在硅襯底上制備銦鎵鋁氮薄膜的方法，先在硅襯底上形成一層鎂掩模層或金屬過渡層，然后再形成一層金屬過渡層或鎂掩模層，最后形成一層銦鎵鋁氮半導體層；該發明可以減少硅襯底上生長的銦鎵鋁氮材料的位錯密度，提高結晶質量。

當前制備和使用的鋁銦氮和鎵銦氧薄膜存在的問題如下：

1、鋁銦氮（Al_xIn_1-xN）（E_g:1.75～6.15eV）薄膜材料普遍存在著相分離、銦聚集的現象。一般只有在銦占特定比例的情況下才能生長出較好的鋁銦氮薄膜，帶隙調制的實際變化范圍非常有限。

2、氮化鋁（AlN）和氮化銦（InN）材料制備條件不兼容。AlN材料的生長一般需要較高溫度，而InN材料則需要較低溫度來生長，生長條件的兼容性較差使得鋁銦氮合金材料的生長變得非常困難。

3、鎵銦氧（Ga_2xIn_2(1-x)O₃）薄膜材料帶隙寬度雖然可以通過改變材料的組分實現調節，但是調節范圍也只是在3.7～4.9eV之間，帶隙調節范圍相對較小。

為了適應透明電子器件和紫外光電器件快速發展的需要，新型可調制禁帶寬度的寬帶隙半導體材料的研發十分重要。

發明內容

本發明針對現有Al_xIn_1-xN三元氮化物合金薄膜材料的不足，提供了一種可通過改變薄膜組成成分調制帶隙寬度的鋁銦氧化物薄膜材料及其制備方法。

一種帶隙寬度可調的鋁銦氧化物薄膜材料,具有如下通式:Al_2xIn_2-2xO₃，式中x為Al/(Al+In)原子比，x=0.1～0.9。

根據本發明的帶隙寬度可調的鋁銦氧化物薄膜材料，隨x從0.1增加到0.9，所得薄膜材料的光學帶隙寬度從3.71增大到5.80eV。

根據本發明的帶隙寬度可調的鋁銦氧化物薄膜材料，當0.1≤x≤0.5時薄膜具有立方In₂O₃的結構，當0.5<x≤0.9時薄膜具有微晶或非晶結構。