[发明专利]用于紫外波段的金属掺氧化镓透明导电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了用于紫外波段的金属掺氧化镓透明导电薄膜及其制备方法。该制备方法先在基底上生长一层接触层薄膜，接触层薄膜生长后经由快速热退火炉400℃～600℃氮氧氛围下退火；利用磁控溅射氩气条件下溅射生长第一层Ga₂O₃薄膜；利用磁控溅射氩气条件下溅射生长掺杂薄膜；利用磁控溅射氩气条件下溅射生长第二层Ga₂O₃薄膜，生长完成的薄膜整体经由快速热退火炉500‐600℃氮氧氛围下退火，薄膜材料之间渗透扩散熔合，形成金属掺杂Ga₂O₃薄膜。本发明的透明导电薄膜在ITO透明导电薄膜基础上，具有更大的薄膜光学透过率和更低的薄膜方块电阻。

技术领域

本发明涉及一种在紫外波段高透过率的导电薄膜，尤其涉及用于紫外波段的金属掺氧化镓透明导电薄膜及其制备方法；该导电薄膜是金属掺杂技术的氧化镓透明导电薄膜。

背景技术

在光电子器件的制备过程中，为与外延片形成良好的欧姆接触，并且减少对发射光源的吸收，制备一种低接触电阻和高光学透过率的透明导电薄膜至关重要。ITO禁带宽度在3.5eV到4.3eV之间，在蓝光和绿光LED制备中有成熟的工艺，但在紫外波段存在严重光吸收，薄膜越好，对紫光的吸收越多。因此能找到一种可以替代ITO在紫外波段作为透明导电层的薄膜意义深远。Ga₂O₃材料作为一种宽带系材料，禁带宽度为4.9到5.0eV，因其大尺寸高质量的晶片可以通过熔体生长法合成的单晶体来制造而引起广泛关注。这种材料在金属半导体场效应晶体管，金属氧化物半导体场效应管和肖特基势垒二极管的器件中都有研究。并且因其在紫外波段具有很高的透过率，人们也将其考虑用于紫外LED的制备中。

但由于Ga₂O₃是一种宽禁带半导体材料，其导电性能很差。人们通过掺杂In或者Sn形成β-Ga₂O₃来提升其导电性能，Orita M，Hiramatsu H等人(Orita M，Hiramatsu H，OhtaH，et al.Preparation of highly conductive，deep ultraviolet transparentβ-Ga 2O3thin film at low deposition temperatures[J].Thin Solid Films.2002，411(1):134-139)在880℃的硅玻璃上制备了多晶β-Ga₂O₃薄膜，获得了约1S/cm的电导率，通过制备(201)取向Sn掺杂的β-Ga₂O₃薄膜，获得的最大电导率为8.2S/cm(约1.22×10⁴Ω/sq)，但这仍然难以用于LED导电薄膜制备。Liu JJ等人(Liu J J，Yan J l，Shi L，，etal.Electrical and optical properties of deep ultraviolet transparentconductive Ga2O3/ITO films by magnetron sputtering[J].Journal ofsemiconductors.2010，31(10):5-9.)通过调整生长温度，ITO厚度等条件来改善Ga₂O₃/ITO薄膜方块电阻和透过率，在280nm处可以实现323Ω/sq方块电阻和77.6％透过率。Jae-kwanKim等人(Kim J，Lee J.Electrical and optical properties of near UV transparentconductive ITO/Ga2O3multilayer films deposited by RF magnetron sputtering[J].Applied Physics Letters.2016，109(17):172107.)实现了在380nm处透过率为80.94％，方块电阻为58.6Ω/sq；韩国Kie Young Woo小组制备Ag/Ga₂O₃模型，通过Ag插入层改善薄膜的接触特性和导电率，在380nm实现91％的透过率和3.06×10^-2Ωcm²的比接触电阻电阻率。但上述现有技术方法制备得到的Ga₂O₃薄膜，在波长低于390nm的紫外波段，透过率仍然不够高，薄膜自身的方块电阻较大，导电性较差。