专利名称：一种薄膜结构透明电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜结构透明电极及其制备方法。
背景技术：
透明导电薄膜由于其优异的光电特性，在光显示器件、光探测器件、太阳能电池、触摸面板、电致变色器件等领域有着重要的应用。对于光显示器件，例如发光二极管，使用薄膜透明电极，可以增加光萃取效率，有助于提高发光二极管的性能；而对于光探测器件，薄膜透明电极可以增加器件的受光量，提高探测器的灵敏度。III族氮化物属于第三代半导体，是典型的宽禁带化合物半导体材料。GaN基材 料(包括其二元化合物GaN、InN和A1N，三元化合物InGaN、AlGaN和AlInN以及四元化合物AlInGaN)具有禁带宽度大，电子漂移饱和速度高，导热性能好，介电常数小，耐高温，耐腐蚀，抗辐射等特性，非常适合于制备抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子、光电子器件。其中，GaN基发光器件具有发光效率高、寿命长、稳定性好等一系列优异特性，并因可发出蓝、绿波段光从而填补发光器件中三基色光(红、绿和蓝)中蓝、绿光缺口而备受关注，在近二十年中得到了迅速的发展，已经实现产业化而得到广泛应用；而光电探测方面，GaN基光电探测器则因其具有体积小、工作电压低、耐高温、量子效率高、无需滤光片等优点，成为当前光电探测领域内研究和开发的热点。金属和半导体可能形成两种金属半导体接触，欧姆接触与肖特基接触。欧姆接触常用于电子、光电子器件的互联以及引出等方面，是器件的关键组成部分之一。好的欧姆接触要求接触两端几乎没有电压降，即接触电阻率较小。为此，应使金属与半导体两端不形成势垒或势垒较低，所以应选用功函数与半导体功函数相近的金属制备欧姆接触。然而，P型半导体的功函数一般较大，大部分金属与其难以形成好的欧姆接触，所以，选择合适的金属成为制备好的欧姆接触的难点。肖特基接触与欧姆接触相反，其要求金属与半导体之间形成一定的势垒，即金属与半导体的功函数要有较大的差别。对于功函数较小的η型半导体，需要选择功函数较大的金属与其制备肖特基接触。显然，若要提高电子与光电子器件质量，就必须首先提高器件的电极质量。对于GaN基P型欧姆接触电极与η型肖特基接触电极，均要求使用功函数较大的金属进行制备。除此以外，提高电极的再现性、耐久性、高温可操作性都是需要重视的。特别地，透明电极还应提高其在工作波长的透射率等性能指标。对于GaN基光电子器件，目前常用的光电子器件透明电极有氧化铟锡(ΙΤ0)，氧化锌(ΖηΟ)，镍金(Ni/Au)合金以及其它金属透明电极等。其中使用最多的是ITO和Ni/Au。尽管ITO (功函数为4. 70 eV)透明导电薄膜应用广泛，但是其存在高温稳定性、薄膜力学性能、化学耐久性较差等缺点。除此以外，铟及其化合物具有一定的生物毒性，这大大限制了其应用范围。另一方面，ITO的金属功函数较小，与某些P型GaN基半导体接触后形成的势垒高度大,难以制备质量好的欧姆接触。Ni/Au (功函数分别为5. 15eV、5. IOeV)双层金属电极形成的欧姆接触热稳定性较差，大约在500 °C时，Au会从NiO中分离出来，导致接触质量严重下降。另外，ZnO薄膜在超过150 V时也会不稳定。接触的热稳定性会影响器件的性能，特别对于大功率器件，高温下的接触质量直接影响器件的寿命。为了改善金属薄膜电极的质量、热稳定性、光透射率等问题，有研究组提出使用金属铱(Ir)及其氧化物在GaN基材料上制备肖特基接触[I]。但是实际上在接触退火过程中，GaN基材料中的III族金属原子(如Ga、Al、In)与N原子会向外扩散并逸出，导致金属-半导体接触界面缺陷增多，大大影响接触的质量。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种金属功函数大、熔点高、热稳定性好、透光性好、强抗腐蚀性及抗氧化性良好的薄膜结构透明电极；
同时，本发明还提供了所述薄膜结构透明电极的制备方法。 为实现上述目的，本发明的技术方案为一种薄膜结构透明电极，其包括与η型半导体形成肖特基接触的金属铱，或与P型半导体形成欧姆接触的氧化铱。在金属铱加入金属镍形成金属铱-金属镍-金属铱；在氧化铱中加入氧化镍形成氧化铱-氧化镍-氧化铱。所述半导体为GaN基半导体,其为二元化合物GaN、InN或AlN,或者，为三元化合物InGaN、AlGaN或AlInN，或者，为四元化合物Al InGaN。金属铱层或氧化铱层的厚度为5-120nm，金属镍层或氧化镍层的厚度为l_40nm。同时，本发明还提供一种薄膜结构透明电极的制备方法，其包括以下步骤，
A、采用光刻技术制备掩膜层，使η型半导体表面或P型半导体表面与金属铱或氧化铱形成电极的部分露出，其余部分使用掩膜层覆盖；
B、在真空中蒸镀薄膜电极的金属铱或氧化铱；
C、使用化学溶液去掉半导体表面的掩膜层，并对不形成电极的金属进行剥离；
D、在氮气或在氧气或者空气环境下，对蒸镀在器件上的金属或氧化金属进行合金。对比常用的透明电极，金属铱及其氧化物作为薄膜透明电极具有以下优点
Cl) 金属功函数大；金属铱及其氧化物的功函数比较大(Ir的功函数为5. 27 eV，Ir02的功函数大于5. 60 eV),与功函数较大的半导体(如P型半导体)更容易制成接触电阻小的欧姆接触。同样的，金属铱及其氧化物与功函数较小的半导体(如η型半导体)更容易制备性能出色质量好的肖特基接触。(2) 熔点高，热稳定性出色；金属铱及其氧化物具有很高的熔点(约2440 °C)，热稳定性远远好于Ni/Au电极。使用金属铱及其氧化物制备电极的电子器件使用寿命长，长期高温下使用不会影响器件性能。(3)良好的透光性；其300-600nm的光透过率可达到60-90% (在460 nm波长处光透射率约为85%，比Ni/Au高5%)，好的透光性能提高光电器件的工作效率。(4) 强抗腐蚀性，抗氧化性；金属铱及其氧化物具有极好的化学惰性和很强的抗腐蚀性，低的氧渗透率，优良的抗氧化性能，即使在高温下仍具有很强的阻挡氧和碳的能力。可见，使用金属铱及其氧化物制备薄膜电极不仅可以得到较低的欧姆接触电阻或较大的肖特基势垒，制成的电极再现性、耐久性、高温可操作性亦相当出色。特别地，对于GaN基半导体材料，在金属铱(氧化铱)中加入金属镍(氧化镍)作为中间层可以得到比单层结构更优秀的性能。(I)金属镍的功函数比较大，能与金属铱配合很好地配合使用。(2)氧化镍可以有效阻挡III族金属原子(如Ga、Al、In)与N原子向外扩散，进一步提升电极的寿命与热稳定性。(3) GaN基薄膜电极在空气或氧气中退火时，半导体中的Ga原子与氧气形成Ga203向外扩散,而氧化镍会阻挡N原子向外扩散,使界面成为N_rich环境,最终使p型GaN基材料具有更高的载流子浓度，更利于形成P型欧姆接触。因此，本发明提出的金属铱及其氧化物多层薄膜结构透明电极能有效地克服现有透明薄膜电极的缺点，用于GaN基半导体材料，能制备出性能出色质量好的透明薄膜电极。
图I是本发明实施例I的结构示意 图2是本发明实施例2的结构示意图。
具体实施例方式以下结合实施例及附图对本发明进行详细的描述。实施例I
如图I所示，本发明公开了一种薄膜结构透明电极包括与η型半导体形成肖特基接触的金属铱。进一步的，在金属铱加入金属镍形成金属铱-金属镍-金属铱；各层的厚度分别为
金属铱5-120纳米 金属镍1-40纳米 金属铱5-120纳米
制备工艺可以采用溅射法或者电子束蒸发法等方法，该透明电极可以用于在半导体材料上形成欧姆接触。为实现上述目的，以电子束蒸发法为例，本发明可采用以下步骤制备
A.采用光刻技术制备掩膜层，使半导体表面与金属形成电极的部分露出，其余部分使用掩膜层覆盖；
B.使用电子束蒸发方法，在真空中蒸镀薄膜电极的各层金属；
C.使用化学溶液去掉半导体表面的掩膜层，并对不形成电极的金属进行剥离；
D.在氮气环境下，对蒸镀在器件上的金属进行合金。合金是制备电极的一个步骤，就是将蒸渡好的多层金属放在高温环境中退火，使多层金属互相接触得更好，亦使金属电极更好地粘附在半导体上。以上薄膜透明电极的制备方法仅作为实施例子的实现方法之一，不应作为对本发明的限制。实施例2如图2所示，本发明公开了一种与P型半导体形成欧姆接触的氧化铱.
进一步的，氧化铱中加入氧化镍形成氧化铱-氧化镍-氧化铱。各层的厚度为 氧化铱5-120纳米 氧化镍1-40纳米 氧化铱5-120纳米
制备工艺可以采用溅射法或者电子束蒸发法等方法，然后在氧气或者空气氛围中进行氧化。该透明电极可以用于在半导体材料上形成肖特基接触。以电子束蒸发法为例，制备方法与实施例I相似，步骤A、B、C均相同，步骤D中，合金在氧气或者空气中进行。以上薄膜透明电极的制备方法仅作为实施例子的实现方法之一，不应作为对本发明的限制。 本发明中的薄膜透明电极的制备方法主要有物理气相沉积法与化学气相沉积法。近年来，随着研究的深入与科学技术的进步，各种新型的金属铱及其氧化物薄膜制备方法也慢慢涌现，如电化学沉积法和溶胶凝胶法。物理气相沉积法在制备金属铱及其氧化物中比较常用，主要包括溅射法、电子束蒸发法、脉冲激光沉积法。例如，溅射法通过在真空系统通入少量的惰性气体(如氩气),并使其放电产生相应的离子(Ar+)，惰性气体离子经外加偏压加速后轰击高纯金属铱(或氧化铱)靶材，溅射出铱原子(或氧化铱分子)沉积在晶圆片上形成薄膜。溅射过程可同时通入少量活性气体(如氧气)，在采用铱金属靶材情况下，可以使溅射出的铱原子与氧反应在晶圆片上形成氧化铱薄膜；在采用氧化铱靶材的情况下，可起到改善氧化铱薄膜的铱、氧比例的作用。本发明中的薄膜透明电极，金属的氧化可以在500°C的氧气氛围中进行。本发明中的薄膜透明电极应用在光电子器件上，与半导体形成欧姆接触或肖特基接触。
权利要求
1.一种薄膜结构透明电极，其特征在于，包括与η型半导体形成肖特基接触的金属铱，或与P型半导体形成欧姆接触的氧化铱。
2.根据权利要求I所述的薄膜结构透明电极，其特征在于，在金属铱加入金属镍形成金属铱-金属镍-金属铱；在氧化铱中加入氧化镍形成氧化铱-氧化镍-氧化铱。
3.根据权利要求I所述的薄膜结构透明电极，其特征在于，所述半导体为GaN基半导体，其为二元化合物GaN、InN或A1N，或者，为三元化合物InGaN、AlGaN或AlInN，或者，为四兀化合物Al InGaN。
4.根据权利要求I所述的薄膜结构透明电极，其特征在于，金属铱层或氧化铱层的厚度为5-120nm，金属镍层或氧化镍层的厚度为l_40nm。
5.一种薄膜结构透明电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤， A、采用光刻技术制备掩膜层，使η型半导体表面或P型半导体表面与金属铱或氧化铱形成电极的部分露出，其余部分使用掩膜层覆盖； B、在真空中蒸镀薄膜电极的金属铱或氧化铱； C、使用化学溶液去掉半导体表面的掩膜层，并对不形成电极的金属进行剥离； D、在氮气或在氧气或者空气环境下，对蒸镀在器件上的金属或氧化金属进行合金。
全文摘要
本发明公开一种薄膜结构透明电极及其制备方法，所述薄膜结构透明电极包括与n型半导体形成肖特基接触的金属铱，或与p型半导体形成欧姆接触的氧化铱；在金属铱加入金属镍形成金属铱-金属镍-金属铱；在氧化铱中加入氧化镍形成氧化铱-氧化镍-氧化铱。本发明具备金属功函数大、熔点高、热稳定性好、透光性好、强抗腐蚀性及抗氧化性良好等优点。
文档编号H01L33/42GK102916103SQ20121034610
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者江灏, 伍伟聪, 李剑飞 申请人:中山大学