一种氧化锌透明导电薄膜及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锌透明导电膜及其制造方法。该氧化锌透明导电膜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；圆冠纳米柱状ZnO层具有若干的圆冠纳米柱状表面；所述圆冠纳米柱状ZnO层之圆冠的跨度为10至1000nm，圆冠顶部距ZnO主体层10至600nm。该制造方法包括如下步骤：生长衬底预处理；预沉积；ZnO成核层生长；ZnO主体层生长；圆冠纳米柱状ZnO层生长。采用本发明专利技术氧化锌透明导电膜的制造方法得到的ZnOTCL，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，具有光子晶体特性的表面形貌，对光学的萃取效率更高；能极大的提高LED外量子效率，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，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。
技术介绍
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。M/AuTCL为了保障电流均勻扩散，要求TCL 有一定的厚度，而在保障了电流扩散均勻的情况下，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M/ Au和ΙΤ0，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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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lOOOnm，圆冠顶部距ZnO主体层10至 600nmo本专利技术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，本专利技术采用如下技术方案 一种氧化锌透明导电膜的制造方法，包括如下步骤Sl )、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3处理；52)、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；53)、ZnO成核层生长在GaN-LED外延片表面形成ZnO成核层；54)、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；55)、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IOOOnm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。本专利技术的有益效果是采用本专利技术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；因而应用本专利技术的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是本专利技术具体实施方式中GaN LED外延片及ZnO TCL的结构示意图。图2是本专利技术具体实施方式中ZnO TCL外延生长的流程示意图。图3是本专利技术具体实施方式中对ZnO TCL样品的电阻率测试图。图4是本专利技术具体实施方式中对ZnO TCL样品的光透传率测试图。图5是本专利技术具体实施方式中对ZnO TCL样品层状结构的扫描电镜图。图6是本专利技术具体实施方式中对ZnO TCL样品表面结构的扫描电镜图。图7是本专利技术具体实施方式中对ZnO TCL样品的XRD衍射图。图8是本专利技术具体实施方式中ZnO TCL样品的PL自发激射光谱图。图9是本专利技术具体实施方式中ZnO TCL应用在LED芯片上的工作发光图。图10是本专利技术具体实施方式中ZnO TCL与ITOTCL、Ni/AuTCL应用在LED芯片上的电流和光输出功率图。下面将结合附图对本专利技术作进一步详述。具体实施例方式实施例一本具体实施方式的目的是提供一种制造ZnO TCL的方法，来制造出一种新型的ZnO TCL0该方法制造出的ZnO TCL如图1所示，包括顺序附着在GaN-LED外延片一侧的ZnO成核层、ZnO主体层和圆冠纳米柱状ZnO层。经过测试，该ZnO TCL具有较低的电阻率、较高的可见光穿透率，且薄膜表面形貌可围绕光子晶体尺寸控制，与GaN有很高的晶格匹配度； 该方法应用于GaN-LED时，可明显提高GaN-LED芯片外量子的效率。为获得上述ZnO TCL,本专利技术初步的思路为利用现有的工业量产型 MOCVD (Metal-organic Chemieal Vapor DePosition，金属有机化合物化学气相淀积)或者MBE (Molecular Beam Epitaxy分子束外延)等设备，用有机金属DESi (二乙基锌)作为Si源，有机金属TMAl (三甲基铝)、TEfei (三乙基镓)、TMh (三甲基铟)、Cp2Mg环戊二烯基镁为掺杂金属源，纯度为99. 9999%以上的仏作为氧源，纯度为 99. 999%以上的Ar (氩气)、He (氦气)作为载气和外延生长保护气氛，在衬底材料上逐步外延生长出SiO TCL0如图2所示，制备以上所述SiO TCL的具体步骤为 1、生长衬底预处理生长衬底预处理主要包括对作为生长衬底材料的外延片表面进行化学清洗和炉内高温处理，为后续的外延生长做准备。本处取GaN-LED外延片进行表面酸碱化学清污处理，再将MOCVD生长炉子内温度控制在400至900摄氏度，压力控制在3至IOOtorr (托尔，Itorr相当于1毫米汞柱)，热处理1至60分钟，作为后续外延生长SiO TCL的衬底。本处具体而言控制MOCVD生长炉子内的温度为650摄氏度，压力为lOtorr，处理时间为20分钟。2、预沉积预沉积是指在MOCVD、MBE等外延设备中，在Ar或者He的保护气氛下，将温度控制在 200至450摄氏度，压力控制在2至20torr，保持时间5至120秒，以8. 6E-6至2. 1E-4摩尔/分钟的流量通入DESi (二乙基锌)，从而在外延片一侧表面沉积一定的有机金属Si。本处在Ar气氛下，调整MOCVD炉内温度至350摄氏度、压力控制为8. 4torr，通入有机金属DESi，DEZn的流量为4. 9E—5摩尔/分钟，通入时间为30秒，使作为外延生长衬底的GaN-LED外延片的一侧表面形成富Si态，为后续的外延生长提供良好的基础。3、SiO成核层生长ZnO成核层生长是指，在外延设备内，保护气氛下，调整生长温度保持在20本文档来自技高网...

【技术保护点】
距离为１０至１０００ｎｍ，圆冠顶部距ＺｎＯ主体层１０至６００ｎｍ。１．一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成核层和ＺｎＯ主体层，其特征在于，所述氧化锌透明导电膜还包括圆冠纳米柱状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

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，王孟源，童存声，雷秀铮，江灏，
申请(专利权)人：中山大学佛山研究院，佛山市中昊光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44