CN105789387A - 一种设有电极的CuS/GaN异质结的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种CuS/GaN异质结的制备方法，属于光电器件部件制造工艺技术领域。本发明主要特点在于采用n型GaN薄膜作为衬底，并在此衬底上制备高质量的p型CuS薄膜,从而获得CuS/GaN异质结。本发明所得器件退火后具有明显的整流特性，在电压±5V时，退火前与退火后器件的正向电流（IF）与反向电流（IR）的之比分别为12.5,146。退火后的样品漏电流有明显的降低，具有更好的整流特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种设有电极的CuS/GaN异质结的制备方法，属于光电器件部件制造工艺技术领域。
背景技术
氮化镓(GaN)是一种直接带隙半导体（Eg=3.4eV），由于其独特的性能，如良好的光学性能，强击穿电场、高电子迁移率和热稳定性在光电器件方面有很重要的应用，例如发光二极管、激光器、太阳能电池和光电探测器等。与此同时，基于GaN的异质结，例如ZnO/GaN、Cu2O/GaN、CdO/GaN、Si/GaN、diamond/GaN，在过去的几年中已经得到了重视，成为低成本，高性能的光电产品未来技术之一。
具有直接带隙（Eg=2.36eV）的CuS薄膜，由于其独特的电学、光学、化学性能，最近受到相当大的关注。例如在可见光范围内无毒性，成本低，可大量获得和高的吸收系数，这使得它在太阳能电池方面，以及在可见光和近紫外光范围内的光发射器件（LED）领域是一个有前途的材料。因此，CuS/GaN成异质结在光电应用方面有重要应用潜力。目前为止，关于CuS/GaN异质结的研究很少被报道。
本发明通过采用磁控溅射法制备了CuS/GaN异质结，器件具有较好的电学特性，该发明将为CuS/GaN异质结在光、电器件方面的应用奠定基础。
发明内容
本发明的目的是以n型GaN薄膜为衬底，采用磁控溅射法在其上制备高质量的p型CuS,从而获得CuS/GaN异质结，并测试了其电学特性。
为达上述目的，本发明设有电极的CuS/GaN异质结的制备方法，其特征在于具有以下的过程与步骤：
A、GaN衬底上CuS薄膜的制备
a、GaN衬底的清洗：在沉积之前，用丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗衬底15~30分钟，直至表面洁净，然后用高纯氮气吹干;
b、GaN衬底上CuS薄膜的制备：采用高纯度CuS（99.9-99.999%）陶瓷靶通过射频磁控溅射的方法在n型GaN衬底上沉积CuS薄膜;用机械泵将反应室抽真空至10Pa以下，再用分子泵抽真空至5×10-3Pa以下，通入纯氩，调节流量计使得反应室的气压为0.5Pa~0.6Pa，衬底温度为常温，在CuS薄膜沉积过程中，腔体气压控制在0.2Pa~1Pa，溅射功率30W~300W，沉积时间10min~60min;CuS靶需预溅1-20分钟以去除表面杂质；
c、CuS/GaN异质结的退火：将上述样品放入高温退火炉中，用机械泵抽真空至100mTorr，通入N2，反复循环2~5次以确保N2氛围。设定温度为100°C~500°C；在N2氛围中退火10min~120min，然后自然冷却至常温；
B、电极制备
a、在CuS薄膜上制备Au电极：采用电子束蒸发在p型CuS薄膜上制备Au电极，Au电极的厚度约50-300nm;
b、在GaN衬底上制备Ti/Al/Au复式电极：采用电子束蒸发在n型GaN衬底上制备Ti/Al/Au复式电极结构，Ti/Al/Au复式电极结构中Ti、Al、Au电极的厚度分别为10-50nm、10-100nm、50-300nm;
c、退火：电极制备后，器件采用快速退火工艺，进行电极退火，升温速率10-50oC/s，退火温度为200°C~500°C，时间为10s~5min;最终制得设有电极的CuS/GaN异质结。
本发明产物的性能特点：
退火后制备得到的CuS/GaN异质结具有明显的整流特性。在电压±5V时，退火前与退火后器件的正向电流（IF）与反向电流（IR）的之比分别为12.5,146。退火后的样品漏电流有明显的降低，具有更好的整流特性。
本发明同现有技术相比，有如下显著优点：
1、CuS、GaN均具有优异的光电性能，CuS薄膜制备工艺简单，成本低，CuS/GaN异质结具有重要的应用前景。
附图说明
图1是本发明CuS/GaN异质结结构示意图。
图2是本发明CuS/GaN异质结退火前与退火后的I-V特性。
具体实施方式
下面给出本发明的较佳实施例，使能更好地理解本发明的过程。
实施例1
本实施例中所制备步骤如下所述：
A、GaN衬底上CuS薄膜的制备
a、GaN衬底的清洗：在沉积之前，用丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗衬底15~30分钟，直至表面洁净，然后用高纯氮气吹干;
b、GaN衬底上CuS薄膜的制备：采用高纯度CuS（99.9-99.999%）陶瓷靶通过射频磁控溅射的方法在n型GaN衬底上沉积CuS薄膜;用机械泵将反应室抽真空至10Pa以下，再用分子泵抽真空至5×10-3Pa以下，通入纯氩，调节流量计使得反应室的气压为0.5Pa，衬底温度为常温，在CuS薄膜沉积过程中，腔体气压控制在0.5Pa，溅射功率60W，沉积时间40min，CuS靶需预溅5分钟以去除表面杂质;
c、CuS/GaN异质结的退火：将上述样品放入高温退火炉中，用机械泵抽真空至100mTorr，通入N2，反复循环3次以确保N2氛围。设定温度为400°C；在N2氛围中退火30min，然后自然冷却至常温。
B、电极制备
a、在CuS薄膜上制备Au电极：采用电子束蒸发在p型CuS薄膜上制备Au电极，Au电极的厚度约50nm;
b、在GaN衬底上制备Ti/Al/Au复式电极：采用电子束蒸发在n型GaN衬底上制备Ti/Al/Au复式电极结构，Ti/Al/Au复式电极结构中Ti、Al、Au电极的厚度分别为50nm、100nm、100nm;
c、退火：电极制备后，器件采用快速退火工艺，进行电极退火，升温速率50oC/s，退火温度为400°C，时间为5min;最终制得设有电极的CuS/GaN异质结。
Claims (1)
1.一种设有电极的CuS/GaN异质结的制备方法，其特征于具有如下的制备过程和步骤：
A、GaN衬底上CuS薄膜的制备
a、GaN衬底的清洗：在沉积之前，用丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗衬底15~30分钟，直至表面洁净，然后用高纯氮气吹干；
b、GaN衬底上CuS薄膜的制备：采用高纯度CuS（99.9-99.999%）陶瓷靶通过射频磁控溅射的方法在n型GaN衬底上沉积CuS薄膜；用机械泵将反应室抽真空至10Pa以下，再用分子泵抽真空至5×10-3Pa以下，通入纯氩，调节流量计使得反应室的气压为0.5Pa~0.6Pa，衬底温度为常温，在CuS薄膜沉积过程中，腔体气压控制在0.2Pa~1Pa，溅射功率30W~300W，沉积时间10min~60min；CuS靶需预溅1-20分钟以去除表面杂质；
c、CuS/GaN异质结的退火：将上述样品放入高温退火炉中，用机械泵抽真空至100mTorr，通入N2，反复循环2~5次以确保N2氛围；设定温度为100°C~500°C；在N2氛围中退火10min~120min，然后自然冷却至常温；
B、电极制备
a、在CuS薄膜上制备Au电极：采用电子束蒸发在p型CuS薄膜上制备Au电极，Au电极的厚度约50-300nm；
b、在GaN衬底上制备Ti/Al/Au复式电极：采用电子束蒸发在n型GaN衬底上制备Ti/Al/Au复式电极结构，Ti/Al/Au复式电极结构中Ti、Al、Au电极的厚度分别为10-50nm、10-100nm、50-300nm；
c、退火：电极制备后，器件采用快速退火工艺，进行电极退火，升温速率10-50oC/s，退火温度为200°C~500°C，时间为10s~5min；最终制得设有电极的CuS/GaN异质结。
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