雙靶磁控濺射法制備摻鎵氧化鋅薄膜及其LED應(yīng)用研究.pdf

1、氧化銦錫（ITO）薄膜，是目前在工業(yè)界被廣泛應(yīng)用的透明導(dǎo)電材料；但銦對(duì)環(huán)境有污染，并且銦資源相對(duì)稀缺。摻雜的氧化鋅類薄膜，具有較優(yōu)良的光電性能、禁帶寬(3.30 eV左右)、無毒性和價(jià)格低廉等潛在優(yōu)勢。其中，鎵摻雜的氧化鋅（GZO）薄膜，具有抗氧化性強(qiáng)，晶格畸變小，摻雜效率高等優(yōu)點(diǎn)，而被認(rèn)為是ITO透明導(dǎo)電膜的理想替代材料之一。如何進(jìn)一步降低GZO薄膜的制備成本，提高其光電綜合性能，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，顯得尤為必要。
　　不同于常規(guī)的

2、鎵摻雜的氧化鋅（Ga:ZnO）靶材，本文提出以Zn金屬和Ga2O3陶瓷為靶材，采用雙靶反應(yīng)共濺法制備了GZO透明導(dǎo)電薄膜；再通過退火，以進(jìn)一步提升其光電綜合性能；并將優(yōu)化制備后的GZO透明導(dǎo)電薄膜作為 LED器件的電流擴(kuò)散層。主要研究了雙靶反應(yīng)共濺工藝參數(shù)對(duì)GZO薄膜結(jié)構(gòu)的影響；摻雜和退火對(duì)GZO結(jié)構(gòu)及其光電特性的影響；GZO薄膜厚度對(duì)LED器件的電流-電壓特性曲線及其電致發(fā)光強(qiáng)度的影響。
　　濺射GZO薄膜及隨后退火的試驗(yàn)表明，

3、隨著襯底溫度的升高，GZO薄膜的結(jié)晶取向性變好，晶粒增大；而隨著濺射氣壓和氧氬比的增大，GZO薄膜結(jié)晶質(zhì)量存在最佳值。固定Ga2O3靶材的濺射功率（130 W），發(fā)現(xiàn)Zn靶的濺射功率對(duì)GZO薄膜的摻雜有較大影響。優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：襯底溫度500℃，濺射壓強(qiáng)為1 Pa，氧氬比為4:20，Ga2O3靶材功率為130 W，Zn靶濺射功率為150 W；此時(shí)制備出的GZO薄膜，霍爾效應(yīng)和紫外－可見光透射光譜法測試其最低電阻率為2.43×10-4

4、Ω·cm，可見光區(qū)域平均透過率達(dá)80.3％。此外，GZO薄膜在95%氮?dú)夂?%氫氣的混合氣氛中退火后，可顯著改善其晶體結(jié)構(gòu)。
　　以GaN外延片和藍(lán)寶石為襯底，對(duì)其上制備的不同厚度GZO透明導(dǎo)電薄膜的測試表明，隨著薄膜厚度的增加，其載流子遷移率增加，電阻率顯著下降；但可見光波段的透光率也呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)GZO薄膜厚度為650 nm時(shí)，電阻率僅為1.96×10-4Ω·cm，同時(shí)光學(xué)透過率超過80%。
　　將GZO透明導(dǎo)電薄膜