[發明專利]一種晶化納米結構氧化鋅透明導電薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710585131.4
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107394023B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 陳梓敏;王鋼;范冰豐;馬學進
• 申請（專利權）人: 中山大學;佛山市中山大學研究院
• 主分類號: H01L33/42
• 分類號: H01L33/42;H01L21/02
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 李唐明;頓海舟

本發明公開了一種晶化納米結構氧化鋅透明導電薄膜的制備方法，其包括以下步驟：生長襯底預處理、生長氧化鋅種子層、第一次晶化處理、生長氧化鋅電流擴展層、第二次晶化處理、生長納米結構氧化鋅表面層、第三次晶化處理。本發明制備方法通過在生長襯底上生長三層氧化鋅并分別進行晶化處理而制備一種晶化納米結構氧化鋅透明導電薄膜結構，其解決了現有LED技術中TCL性能和結構不足而無法滿足高亮度、大功率和高可靠性應用領域需求的問題。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種晶化納米結構氧化鋅透明導電薄膜的制備方法，且還涉及該制備方法制備的晶化納米結構氧化鋅透明導電薄膜。

背景技術

隨著節能環保的社會理念發展，人們對高亮度、大功率LED產品的需求日趨高漲。這對發光二極管(light emitting diode,簡稱LED)的技術要求也越來越高。然而，目前LED的P型材料技術的不足相對限制了高亮度大功率LED產品的發展，例如AlGaInP系材料的LED結構，為了提高該結構的LED外量子效率需要在P型層上生長厚達8um以上的P-GaP 窗口層，因而造成了MOCVD產能下降且使成本提高；AlGaInN系材料的LED結構，其P型材料質量更差，迫使人們使用PVD方式制作透明導電電極，方能得以應用。因此，尋求新型 LED用功能材料成為當務之急。

目前發展的透明導電半導體均為寬禁帶氧化物半導體材料，即透明氧化物(transparent conductive oxide，簡稱TCO)。該類薄膜是把光學透明性能與導電性能復合在一起的光電材料，其具有禁帶寬、可見光譜區光、透射率高、電阻率低等優異的光電特性，并且經過適量元素的摻雜后可以進一步提高其電導性能，具有廣闊的應用前景，逐漸成為近年來的研究熱點和前沿課題。

迄今為止，廣泛應用的TCO材料主要分為三類：ITO-InO基薄膜、FTO-SnO基薄膜和AZO-ZnO基薄膜，其中(1)ITO-InO的晶體結構為體心立方鐵錳礦結構，禁帶寬度約3.5eV，因而在可見光范圍透明，T>90％，最低電阻率可達10^-5Ω·cm量級，ITO是目前最成熟且應用最廣泛的TCO，但是ITO須使用稀有金屬銦(中國銦保有儲量1.3萬噸，約占全球2/3) 會導致生產成本很高，隨著TFT-LCD面板市場持續擴增和太陽能電池的進一步發展，全球銦消費量的83％用于ITO，在不久的將來將引發銦礦逐漸耗盡的問題，且銦材料有毒，在制備和應用過程中對人體有害，另外銦和錫的原子量較大，成膜過程中容易滲入到襯底內部，毒化襯底材料，尤其在液晶顯示器件中污染現象嚴重，總之，尋找合適的替代產品勢在必行；(2)FTO-SnO具有正四面體的金紅石結構，禁帶寬度為3.6eV，通過摻雜氟得到的FTO 薄膜能夠增強導電性能，且FTO與ITO相比具有熱穩定性高、耐腐蝕、硬度高等優勢，同時在等離子體中也具有很好的穩定性，故而已成為目前商業化應用的光伏TCO材料，但是高結晶質量FTO薄膜制備比較困難且對制備工藝要求高，此外由于薄膜內部缺陷的存在而使其透光率與電導率低于ITO薄膜，同時由于需要氟元素(劇毒)摻雜因而工藝過程存在一定的污染，并且由于FTO薄膜硬度高也會導致其難于刻蝕；(3)ZnO屬于N型Ⅱ－Ⅵ族半導體材料，其晶體結構為六方纖鋅礦結構，禁帶寬度約3.47eV，透光率可達90％以上，并且ZnO在不摻雜的情況下由于本征氧空位缺陷的存在也具有較高的電導率，同時通過III 族元素(Al、Ga、In)摻雜可以進一步提高導電性。此外，ZnO用于TCO薄膜具有原料豐富、成本低廉、制備工藝簡單、無毒、不污染環境等顯著的優勢，而且，ZnO能夠在氫等離子體中穩定性要優于ITO薄膜，具有可與ITO薄膜相比擬的光電特性的同時又易于刻蝕，另外 ZnO可高效透射ITO難以透射的短波長光線，因此ZnO都是替代ITO與FTO的有力競爭者。

目前關于ZnO以及ZnO摻雜Al、Ga和In元素的薄膜的開發相關報道有很多，但是應用于LED的還是比較少見。因此，如何使應用ZnO透明導電薄膜于LED中并進一步提高LED 的外量子效率和可靠性是目前亟待解決的問題。

發明內容