[发明专利]一种氧化锌透明导电薄膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种透明导电薄膜及其制造方法，特别涉及一种氧化锌透明导电膜及其制造方法。

背景技术

氮化镓发光二极管（GaN-LED ）作为实现固态照明的核心器件，外量子效率低是其进一步发展的一个主要障碍。为改善GaN-LED的外量子效率，多年来人们作了大量的研究工作，使用TCL（Transparent Conductive Layer，透明导电层）是目前所知提高外量子效率最有效的一种方法。

目前GaN-LED的TCL主要采用Ni/Au（镍金合金）或是ITO（Indium Tin Oxides，锡掺杂氧化铟）材料，镀膜方法为电子束蒸发。Ni/AuTCL为了保障电流均匀扩散，要求TCL有一定的厚度，而在保障了电流扩散均匀的情况下，Ni/Au在可见光波段的光透过率最高仅为76%，这极大限制了Ni/Au TCL在背光源、大功率照明等领域的应用。而对于ITO TCL，虽已证明其具有高可见光透光率和较低的电阻率，并且已大量应用在光电器件行业，然而ITO中的重原子In（铟）在中高温下容易扩散，从而导致ITO TCL的性能变差，使得其在大功率应用领域受到限制。同时In还是贵重稀缺金属，在未来固态照明普遍使用下，将面临资源枯竭而不可维系的问题。

ZnO（氧化锌）材料不仅具有与GaN几乎完全匹配的晶格，还具有很高的可见光透过率，较低的电阻率等特性，而且还具有原料价格低廉、材料无毒环保等特点，是未来取代Ni/Au和ITO，成为新一代TCL的主要可选材料。但是，目前ZnO TCL的生长大多数使用溅射技术，不能精准控制外延的薄膜质量和形貌结构，仅能满足基本的导电和透明特性。

综上所述，现有ZnO TCL及其制造技术还有待改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种氧化锌透明导电薄膜，解决现有技术中氧化锌透明导电薄膜不能精准控制外延的薄膜质量和形貌结构的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种氧化锌透明导电膜，其包括顺序附着在衬底材料一侧表面的ZnO成核层、ZnO主体层和圆冠纳米柱状ZnO层，所述圆冠纳米柱状ZnO层附着在所述ZnO主体层外侧表面；所述圆冠纳米柱状ZnO层之圆冠的跨度距离为10至1000nm，圆冠顶部距ZnO主体层10至600nm。

本发明所要解决的技术问题之二是相应的提供一种氧化锌透明导电薄膜的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种氧化锌透明导电膜的制造方法，包括如下步骤：

S1）、生长衬底预处理：对作为生长衬底材料的外延片的表面进行化学清洗和炉内高温处理；

S2）、预沉积：在外延片一侧表面预沉积Zn、Mg、Ga，或者Zn、Mg、Ga的氧化物；

S3）、ZnO成核层生长：在GaN-LED外延片表面形成ZnO成核层；

S4）、ZnO主体层生长：利用层状生长模式进行垒晶，获得致密、表面平滑的层状ZnO主体层；

S5）、圆冠纳米柱状ZnO层生长：利用混合生长模式在ZnO主体层外侧生长出若干直径为10至1000nm的，具有光子晶体特性的圆冠纳米柱状表面形貌的圆冠纳米柱状ZnO层。

本发明的有益效果是：

采用本发明氧化锌透明导电膜的制造方法得到的ZnO TCL，除了能满足优良的导电和透明特性外，还能精准控制生长质量和控制形貌，利用ZnO的折射率与空气的差别及表面形貌特点，可形成具有光子晶体特性的表面形貌，从而使得其对光学的萃取效率达到更高的特性；因而应用本发明的ZnO TCL的制造方法所制造的ZnO TCL，具有高可靠性、低电阻率、高透光性和高效的光萃取效率，能极大的提高LED外量子效率，可促进LED行业的长足发展，有利于实现环保节能、可持续发展的目标。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中GaN LED外延片及ZnO TCL的结构示意图。

图2是本发明具体实施方式中ZnO TCL外延生长的流程示意图。

图3是本发明具体实施方式中对ZnO TCL样品的电阻率测试图。

图4是本发明具体实施方式中对ZnO TCL样品的光透传率测试图。

图5是本发明具体实施方式中对ZnO TCL样品层状结构的扫描电镜图。

图6是本发明具体实施方式中对ZnO TCL样品表面结构的扫描电镜图。

图7是本发明具体实施方式中对ZnO TCL样品的XRD衍射图。