[发明专利]一种晶化纳米结构氧化锌透明导电薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种晶化纳米结构氧化锌透明导电薄膜的制备方法，其包括以下步骤：生长衬底预处理、生长氧化锌种子层、第一次晶化处理、生长氧化锌电流扩展层、第二次晶化处理、生长纳米结构氧化锌表面层、第三次晶化处理。本发明制备方法通过在生长衬底上生长三层氧化锌并分别进行晶化处理而制备一种晶化纳米结构氧化锌透明导电薄膜结构，其解决了现有LED技术中TCL性能和结构不足而无法满足高亮度、大功率和高可靠性应用领域需求的问题。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种晶化纳米结构氧化锌透明导电薄膜的制备方法，且还涉及该制备方法制备的晶化纳米结构氧化锌透明导电薄膜。

背景技术

随着节能环保的社会理念发展，人们对高亮度、大功率LED产品的需求日趋高涨。这对发光二极管(light emitting diode,简称LED)的技术要求也越来越高。然而，目前LED的P型材料技术的不足相对限制了高亮度大功率LED产品的发展，例如AlGaInP系材料的LED结构，为了提高该结构的LED外量子效率需要在P型层上生长厚达8um以上的P-GaP 窗口层，因而造成了MOCVD产能下降且使成本提高；AlGaInN系材料的LED结构，其P型材料质量更差，迫使人们使用PVD方式制作透明导电电极，方能得以应用。因此，寻求新型 LED用功能材料成为当务之急。

目前发展的透明导电半导体均为宽禁带氧化物半导体材料，即透明氧化物(transparent conductive oxide，简称TCO)。该类薄膜是把光学透明性能与导电性能复合在一起的光电材料，其具有禁带宽、可见光谱区光、透射率高、电阻率低等优异的光电特性，并且经过适量元素的掺杂后可以进一步提高其电导性能，具有广阔的应用前景，逐渐成为近年来的研究热点和前沿课题。

迄今为止，广泛应用的TCO材料主要分为三类：ITO-InO基薄膜、FTO-SnO基薄膜和AZO-ZnO基薄膜，其中(1)ITO-InO的晶体结构为体心立方铁锰矿结构，禁带宽度约3.5eV，因而在可见光范围透明，T>90％，最低电阻率可达10^-5Ω·cm量级，ITO是目前最成熟且应用最广泛的TCO，但是ITO须使用稀有金属铟(中国铟保有储量1.3万吨，约占全球2/3) 会导致生产成本很高，随着TFT-LCD面板市场持续扩增和太阳能电池的进一步发展，全球铟消费量的83％用于ITO，在不久的将来将引发铟矿逐渐耗尽的问题，且铟材料有毒，在制备和应用过程中对人体有害，另外铟和锡的原子量较大，成膜过程中容易渗入到衬底内部，毒化衬底材料，尤其在液晶显示器件中污染现象严重，总之，寻找合适的替代产品势在必行；(2)FTO-SnO具有正四面体的金红石结构，禁带宽度为3.6eV，通过掺杂氟得到的FTO 薄膜能够增强导电性能，且FTO与ITO相比具有热稳定性高、耐腐蚀、硬度高等优势，同时在等离子体中也具有很好的稳定性，故而已成为目前商业化应用的光伏TCO材料，但是高结晶质量FTO薄膜制备比较困难且对制备工艺要求高，此外由于薄膜内部缺陷的存在而使其透光率与电导率低于ITO薄膜，同时由于需要氟元素(剧毒)掺杂因而工艺过程存在一定的污染，并且由于FTO薄膜硬度高也会导致其难于刻蚀；(3)ZnO属于N型Ⅱ－Ⅵ族半导体材料，其晶体结构为六方纤锌矿结构，禁带宽度约3.47eV，透光率可达90％以上，并且ZnO在不掺杂的情况下由于本征氧空位缺陷的存在也具有较高的电导率，同时通过III 族元素(Al、Ga、In)掺杂可以进一步提高导电性。此外，ZnO用于TCO薄膜具有原料丰富、成本低廉、制备工艺简单、无毒、不污染环境等显著的优势，而且，ZnO能够在氢等离子体中稳定性要优于ITO薄膜，具有可与ITO薄膜相比拟的光电特性的同时又易于刻蚀，另外 ZnO可高效透射ITO难以透射的短波长光线，因此ZnO都是替代ITO与FTO的有力竞争者。

目前关于ZnO以及ZnO掺杂Al、Ga和In元素的薄膜的开发相关报道有很多，但是应用于LED的还是比较少见。因此，如何使应用ZnO透明导电薄膜于LED中并进一步提高LED 的外量子效率和可靠性是目前亟待解决的问题。

发明内容