CN108028297A - 氧化锌在氮化镓上的多步沉积 - Google Patents

氧化锌在氮化镓上的多步沉积 Download PDF

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吴尚昊
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Abstract

一种在半导体材料上制造氧化锌ZnO导电薄膜的方法，包括在二极管上沉积掺杂的ZnO晶种层，其中所述ZnO晶种层形成与所述二极管的电触点；和在所述ZnO晶种层上沉积ZnO层，其中所述ZnO晶种层和所述ZnO层各自具有厚度、晶体质量以及掺杂级，使得(1)包括III族氮化物材料的二极管以施加在所述ZnO层和所述二极管两端的2.75伏或更小的导通电压导通，并且(2)包括所述ZnO层和所述二极管的结构的接触电阻与包括直接在没有所述ZnO晶种层的二极管上的所述ZnO层的结构的接触电阻相比较低。

Description

氧化锌在氮化镓上的多步沉积
相关申请的交叉引用
本申请根据美国专利法第119条第e款(35U.S.C Section 119(e))要求共同未决的和共同转让的由Asad Mughal,Sang Ho Oh和Steven DenBaars,于2015年9月15日提交的美国临时专利申请第62/218,920号，题为“氧化锌在氮化镓上的多步沉积(MULTISTEPDEPOSITION OF ZINC OXIDE ON GALLIUM NITRIDE)”，且代理人案卷号为30794.594-US-P1(U.C.参考2016-115-1)的权益，所述申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及使用多步法,例如在诸如III族氮化物基光电子装置的半导体材料上沉积氧化锌(ZnO)的方法。
背景技术
(注意：本申请在整个说明书中引用多个不同出版物，并通过一或多个加括号的参考编号，例如[x]表示。根据这些参考编号排列的这些不同出版物的列表可以在以下“参考文献”部分找到。这些出版物中的每一个都通过引用并入本文。)
氧化锌(ZnO)是用于各种电子应用的II-VI族直接带隙化合物半导体材料。鉴于其宽带隙和易掺杂，ZnO薄膜可以同时实现高透光率和低电阻率。由ZnO构成的透明电极可以用于光电子装置，诸如发光二极管、激光二极管、光伏装置以及薄膜晶体管。除了这些装置之外，含有氧化锌的导电薄膜已被证明可以用于压敏电阻、压电换能器以及气体、化学和生物传感器。通过掺杂诸如三族元素(即Al、Ga以及In)的置换原子，可以容易地使ZnO薄膜具有高导电性[1]。与诸如氧化铟锡(ITO)的导电薄膜相比，使用各种物理和化学沉积技术通常可以以较低成本沉积ZnO。通过湿法或干法刻蚀也可以容易地将ZnO薄膜图案化。然而，使用单一沉积方法生产用于装置应用的高质量ZnO薄膜可能具有挑战性。
GaN上的ZnO
导电ZnO薄膜特别适合的一种应用是作为III-N基光电子学用透明电极[2]。鉴于ZnO和III-N材料具有相同的纤锌矿晶体结构，并且彼此紧密晶格匹配，ZnO的外延膜可以沉积在该材料系统上。由于声子/电子散射中心诸如晶界、点缺陷以及晶格畸变的减少，这允许具有高载流子迁移率和低吸光度的有序结晶ZnO薄膜的生长。另外，通过增加全内反射的临界角，约为2的ZnO高折射率允许从诸如GaN(其折射率约为2.5)的III-N发光体更有效地提取光。此外，无论是通过选择性区域生长、图案化刻蚀还是粗糙化刻蚀，ZnO的易图案化特性通过降低满足全内反射标准的光子的可能性进一步增加光提取。
发明内容
为了克服上述限制以及在阅读和理解本说明书后将变得显而易见的其它限制，本发明的一或多个实施例描述了使用多步法在III族氮化物材料上沉积ZnO的方法，涉及薄晶种层的沉积，和之后的厚体块层的沉积。
本发明的一或多个实施例公开了一种光电子装置，其包括：二极管上的掺杂晶种层(包括锌和氧)，其中所述晶种层形成与所述二极管的电触点；和晶种层上的层(包括锌和氧，例如体块层)，其中所述晶种层和所述层各自具有厚度、晶体质量以及掺杂级，使得：
●包括III族氮化物材料的二极管以施加在ZnO层和二极管之间的2.75伏或更小的导通电压导通(或者，例如施加在包括晶种层、体块层以及二极管的结构上)；和/或
●金属触点与层(例如体块层)的接触电阻与金属触点与直接在没有晶种层的二极管上的层(例如体块层)的接触电阻相比较低；和/或
●具有450纳米波长的光以至少80％的透射率穿过晶种层和层(例如体块层)；和/或
●装置在100安培每平方厘米(A/cm2)的电流密度下具有小于3.5伏的正向电压。
在一或多个实施例中，二极管进一步包括在n型GaN(或III族氮化物层)和p型GaN(或III族氮化物层)之间的III族氮化物有源层；正向电压和导通电压被施加到所述金属触点与层(例如体块层)之间，以及第二金属触点与n型GaN或III族氮化物层之间。
在一或多个实施例中，晶种层是与p型或n型GaN(或III族氮化物)层的触点，体块层是电流扩展器。
本发明的一或多个实施例还公开了一种在半导体材料上制造导电薄膜的方法，其包括使用第一沉积技术在半导体材料上沉积包括锌和氧的晶种层；和在晶种层上沉积体块层，其中使用不同于第一沉积技术的第二沉积技术将体块层沉积在晶种层上，体块层包括锌和氧。上面描述的光电子装置实施例也可以使用该方法和下面描述的实施例来制造。
在一个实施例中，使用原子层沉积(ALD)来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用电子束沉积来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用反应电子束沉积来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用热蒸发来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用反应热蒸发来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用分子束外延(MBE)来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用水热沉积来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用ALD来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用电子束沉积来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用反应电子束沉积来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用热蒸发来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用反应热蒸发来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用MOCVD来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
在另一个实施例中，使用MBE来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
在使用前述任一实施例中的沉积技术的一或多个实施例中，晶种层在比随后沉积的层更低的温度下沉积。
在使用前述任一实施例中的沉积技术的一或多个实施例中，所述方法进一步包括在沉积所述(例如，ZnO)体块层之前对(例如，ZnO)晶种层进行退火处理(例如，在100℃至800℃的温度下)。
在一或多个ALD实施例中，ALD方法使用包括二乙基锌(DEZ)、二甲基锌或乙酸锌的Zn前体，包括水、氧等离子体或臭氧气体的氧化剂，以及50℃至500℃的衬底温度。
在前述任一实施例的一或多个实施例中，掺杂晶种层是ZnO或含有ZnO的合金，晶种层上的层是ZnO或含有ZnO的合金。
附图说明
现在参考附图，其中相同的附图标记始终代表相应的部件：
图1是说明两步ZnO沉积的工艺流程的流程图。
图2是两步ZnO沉积的示意图。
图3a绘制了在200℃下使用DEZ和H2O沉积的ALD ZnO薄膜的生长速率的测量结果，图3b绘制了直接沉积在蓝宝石上的不同厚度的ALD薄膜的经测量光学透射光谱，图3c绘制了16nm厚的ALD ZnO薄膜(沉积在蓝宝石上)在500℃退火之前和之后的经测量透射，图3d是在不同退火条件下ALD薄膜的测量X射线衍射(XRD)图。
图4a、图4b以及图4c绘制了非故意掺杂(UID)和掺杂水热ZnO薄膜(掺杂有镓(Ga)、铝(Al)或铟(In))的霍尔效应测量结果，其中图4a显示以毫摩尔(mM)计的载流子浓度与掺杂剂浓度，图4b显示迁移率与以mM计的掺杂剂浓度，图4c显示电阻率与以mM计的掺杂剂浓度。
图5是沉积在GaN上的ALD-水热ZnO的扫描电子显微镜(SEM)显微图。
图6示出了比较氧化铟锡(ITO)与沉积在双面抛光蓝宝石(DSP)上的沉积态的未掺杂ZnO的光学透射光谱。
图7是装置设计的横截面示意图，其中在Al2O3衬底上制造横向LED，并且其中透明电极层由两步法沉积的ZnO薄膜组成。
图8比较了由氧化铟锡(ITO)、具有水热沉积的晶种层的Ga掺杂的ZnO以及电子束沉积的晶种层组成的透明电极的晶片LED电流与电压(IV)。
具体实施方式
在以下对优选实施例的描述中，参考形成实施例一部分的附图，并且其中通过图示示出了可以实施本发明的具体实施例。应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以利用其它实施例并且可以进行结构改变。
技术说明
ZnO沉积
导电氧化物较差的结晶质量导致载流子迁移率降低，这是点缺陷、晶界以及晶格畸变增加的结果。因此，希望沉积具有单一晶向和低镶嵌度的外延膜。为了实现这一点，需要选择允许异质外延生长的衬底。这些衬底必须由包含具有一定晶格参数的晶向的材料构成，所述晶格参数能够以最小的拉伸应力或压缩应力适应ZnO的生长。对于ZnO而言，用于外延生长的合适的衬底包括诸如晶体Al2O3、GaN、AlN、SiO2、SiC、GaAs以及MgAl2O4的材料。一旦选择了合适的衬底，下一步就是选择适当的沉积技术。在ZnO的情况下，存在几种可能的方法，其可以分为物理和化学沉积技术。物理沉积技术通常在部分或高真空环境中进行，并且需要在氧气存在下用由ZnO或锌组成的源来轰击衬底。对于ZnO而言，这些方法包括分子束外延(MBE)、离子束沉积(IBD)、脉冲激光沉积(PLD)、RF/磁控溅射、电子束沉积(电子束)以及热蒸发。化学沉积技术依赖于衬底表面上的反应以使用基于气体或溶液的前体来形成膜。这类技术包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)、原子层沉积(ALD)[7,8]、喷雾热解、电沉积，溶胶-凝胶沉积以及水热沉积[11-13]。由于反应动力学和热力学，每种沉积方法可以产生不同质量和生长速率的薄膜。此外，诸如溅射和离子束沉积的技术将高能离子引入衬底，导致低质量的电触点。选择合适的ZnO沉积方法取决于几个因素，诸如所需的性能和成本。尽管诸如MBE等高真空技术可以生产出高质量的薄膜，但在这些条件下沉积的成本很高。然而，使用成本较低的方法(诸如喷雾热解法)沉积的薄膜可能导致低质量的ZnO薄膜。
解决这些问题的一个方案是结合两种或以上沉积技术，以得到期望的低成本高质量的导电ZnO薄膜。这种多步法将使人们能够利用各种沉积技术的优势来实现特定的薄膜特性。例如，当在诸如发光二极管(LED)的III-N装置中作为透明接触层沉积在p型GaN上时，第一沉积可以使用能够产生具有高掺杂密度的薄外延ZnO层的技术，所述薄外延ZnO层既用作p型GaN的接触层，又用作使用另一种技术沉积的更厚的ZnO体块层的晶种层。晶种层将通过用作模板来指示后续层的结构，从而实现与下面的衬底之间的异质外延关系。
因此，本发明的一或多个实施例描述了使用利用至少两种不同沉积技术的多步法来沉积氧化锌作为主要组分的导电薄膜的方法。优选实施例涉及在III-N装置上通过ALD外延生长ZnO晶种层，接着通过水热沉积生长体块层。
图1示出了所提出的沉积方案的流程图，包括以下步骤。
框100表示沉积包括锌和氧的晶种层。在一或多个实施例中，晶种层包括ZnO、ZnO合金或含有/包括ZnO的合金，诸如但不限于氧化铟锌，或基本上由其组成。
在一或多个实施例中，晶种层(例如，ZnO晶种层)被沉积在包括III族氮化物有源层的半导体材料上，所述III族氮化物有源层沉积在n型GaN(或III族氮化物)层和p型GaN(或III族氮化物)层之间，其中(例如，ZnO)晶种层沉积在p型GaN(或III族氮化物)层上。
框102表示对晶种层进行退火。
框104表示沉积包括锌和氧的体块层。在一或多个实施例中，晶种层上的层(例如，体块层)包括，或基本上由ZnO、ZnO合金或含有/包括ZnO的合金(例如氧化铟锌)组成。
在一或多个实施例中，(例如，ZnO)体块层是p型(例如，ZnO)体块层，并且(例如，ZnO)晶种层是p型(例如，ZnO)晶种层。
框106表示对体块层进行退火。
框108表示最终结果、装置或装置结构。
在一或多个实施例中，装置是光电子装置，其中包括锌和氧的晶种层和层(例如，包括锌和氧的体块层)各自具有厚度、晶体质量以及掺杂级，并且经过退火，使得(1)具有450纳米(nm)波长的光以至少80％的透射率穿过(例如，ZnO)晶种层和层(例如ZnO体块层)，以及(2)将正向电压和导通电压施加到金属触点与ZnO(或体块层)之间以及金属触点与n型层之间时，所述装置的导通电压小于2.75伏，正向电压小于3.5伏(在每平方厘米100安培的电流密度下)。晶体质量可以通过X射线衍射测量的半峰全宽(FWHM)来表征，其中FWHM处于最大值为1.75度的范围内。因此，ZnO(或含有ZnO的合金)的掺杂级、掺杂剂类型，FWHM、厚度和/或退火温度的范围可以使得期望的透射率和电气性能(例如，导通电压、正向电压、电流密度、接触电阻、电流扩展性能和/或迁移率(例如，至少40cm2/Vs)等得以实现。
图2示出了在GaN上形成ZnO结构所涉及的步骤，包括将ZnO晶种层200沉积在p型GaN 202上，并将ZnO体块层204沉积在ZnO晶种层200上。
示例：ALD沉积
ALD是MOCVD的变体，其中通过一系列自限性反应实现薄膜生长，这些反应形成预期材料的单层厚片。这些自限循环是通过将前体、氧化剂以及惰性气体以交替的间隔脉动进入含有衬底的反应室中来实现的。如图3a所示，通过调整循环数(cy)来控制薄膜厚度。如图3b所示，实现的厚度影响沉积的ZnO薄膜的光学性质。使用锌前体诸如二乙基锌(DEZ)、二甲基锌或乙酸锌，以及氧化剂诸如水、氧等离子体或臭氧气体进行ZnO的ALD沉积。使用二乙基锌和水进行ALD沉积的化学反应如下：
Zn(C2H5)2(g)+H2O(g)→ZnO(s)+2C2H6(g)
通过添加含有III族元素诸如Al、Ga和/或In的前体，也可将掺杂剂引入薄膜中以改善电气性能。控制衬底温度以实现期望的沉积速率和晶体质量。对于ZnO的ALD沉积，衬底温度可以在50℃至500℃之间变化。在优选实施例中，使用二乙基锌和水在300℃的衬底温度下将ZnO沉积在p型GaN上25个循环，产生约3nm厚的薄膜。该晶种层可以退火以改善其性能，诸如透射率、接触电阻以及结晶度，参见图3c和图3d。退火温度范围可以在100℃至800℃之间，优选实施例为700℃。
示例：水热沉积
水热沉积是基于水溶液的生长ZnO的方法。它利用了溶液中的Zn离子随着温度和pH升高而呈现退缩性溶解度的事实[3]。这允许Zn离子在升高的温度和pH值下达到超饱和条件并形成ZnO。锌前体由含有Zn的盐诸如硝酸锌(Zn(NO3)2)或氯化锌(ZnCl)提供。通过加入碱诸如氢氧化铵(NH4OH)或氢氧化钠(NaOH)来控制溶液的pH(即OH-浓度)。溶液中的Zn离子与氢氧根离子反应形成中间的ZnOH相，然后通过脱水反应转化成ZnO[4]。ZnO水热沉积涉及的化学反应是：
Zn2++2OH-→Zn(OH)2→ZnO+H2O
可以加入额外的盐以控制薄膜的生长。常见的这种添加剂是柠檬酸三钠(Na3C6H5O7)，其阻碍ZnO的c平面(0001)的生长以获得连续的薄膜。通过引入替代金属盐诸如硝酸铝(Al(NO3)3)、硝酸镓(Ga(NO3)3)或硝酸铟(In(NO3)3)，可以很容易地将掺杂剂添加到该溶液中[5]。如图4a至4c所示，可以通过添加这些类型的掺杂剂来调节该层的载流子浓度和迁移率。在优选的实施例中，90℃下，在由25mM的硝酸锌、5mM的柠檬酸三钠以及0.4mM的硝酸镓组成的水溶液中发生水热反应，所述水溶液中添加29重量％的氢氧化铵以使pH达到10.5。
图5显示了在ALD晶种层上生长的水热沉积ZnO薄膜的典型SEM显微图。
由于ZnO具有低吸收系数，因此可以用比具有更高系数的透明电极(诸如ITO)更大的厚度来沉积ZnO。在图6中，光学透射光谱显示厚度大于ITO的四倍的ZnO薄膜可以在相似的水平透射光。
示例结构
图7示出了在图8中表征的装置的示意性横截面，其包括在n型GaN(或III族氮化物)层702(n-GaN)和p型GaN(或III族氮化物)层704(p-GaN)之间的有源层700(例如，III族氮化物有源层)；p型GaN层704上的p型ZnO晶种层706；p型ZnO晶种层706上的p型ZnO体块层708；与n型GaN层702的第一金属触点(n-触点710)和与p型ZnO体块层708的第二金属触点(p-触点712)。还示出了其上生长n型GaN层702的衬底714。衬底的示例包括但不限于极性、非极性或半极性III族氮化物(例如GaN)衬底或异质衬底(例如蓝宝石)。
图8示出了ZnO两步沉积的晶片LED IV特性，其中使用电子束沉积来沉积晶种层，并且在ZnO晶种层上水热生长另外的ZnO(体块)层。与ITO和具有水热沉积晶种层的薄膜相比，数据显示导通和正向电压增加。例如，图8示出了将正向电压施加到金属触点712与ZnO层两端以及金属触点710与n型层两端时，装置在每平方厘米100安培的电流密度下具有小于3.5伏的正向电压，并且需要小于2.75伏的导通电压以实现至少2.5A/cm2的正向电流密度。对于图8中的数据，使用Cr/Ni/Au(25/20/500nm)来与ZnO和ITO接触，并使用Ti/Al/Ni/Au(20/100/100/100nm)与n-GaN接触。但是，可以使用其它金属触点组合物。
此外，与包括ZnO层但没有ZnO晶种层的装置相比，包括ZnO层和ZnO晶种层的装置具有较低的导通电压和较低的正向电压(在给定的电流密度下)。
因此，发明人意外地发现，当ZnO晶种层被用作与p-n结式二极管(例如，与p-n结式二极管的p型GaN层)的电触点(例如，p接触层)，并且ZnO层被用作电流扩展层时，使用第一沉积技术(除了水热沉积，例如电子束沉积)在半导体p-n结式二极管结构上沉积ZnO晶种层，并使用第二沉积技术(与第一沉积技术不同，例如水热沉积)在ZnO晶种层上沉积ZnO层显著降低了二极管结构的导通电压、正向电压以及导通电阻。更具体地说，与相同的二极管与相同厚度的ZnO晶种和ZnO层接触(但ZnO晶种和ZnO层均为水热生长)的情况相比，发明人的数据(图8)意外地表明，导通电压降低了至少9％，并且在100A/cm2的电流密度下正向电压降低了超过12.5％。结果，使用ZnO层作为电流扩展和接触层制造的装置具有显著提高的效率(例如，对于给定的电输入功率，光输出功率更大)。
可能的修改和变化
本发明的一或多个实施例公开了一种在半导体材料上制造导电薄膜的方法，其中ZnO(或含有ZnO的合金)是导电薄膜的主要组分，并且ZnO(或含有ZnO的合金)包括其上随后沉积附加层的晶种层。
在本发明的各种实施例中，使用各种不同的技术和/或不同的条件沉积晶种层(例如，包括锌和氧、ZnO或含有ZnO的合金)和附加层(例如，包括锌和氧、ZnO或含有ZnO的合金的体块层)。
●在一个实施例中，使用ALD沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用电子束沉积来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在一个实施例中，通过电子回旋共振(ECR)等离子体沉积来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用反应电子束沉积来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用热蒸发来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用反应热蒸发来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用MOCVD来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用MBE来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用水热沉积来沉积晶种层，使用水热沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用电子回旋共振(ECR)等离子体沉积来沉积晶种层和/或体块层。
●在另一个实施例中，使用ALD来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用电子束沉积来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用反应电子束沉积来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用热蒸发来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用反应热蒸发来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用MOCVD来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
●在另一个实施例中，使用MBE来沉积晶种层，使用溅射沉积来沉积体块层。
●在使用前述任一实施例中的沉积技术的一或多个实施例中，晶种层在比随后沉积的层更低的温度下沉积。
在一或多个实施例中，使用第一沉积技术来沉积ZnO晶种层，使用不同于第一沉积技术的第二沉积技术来沉积ZnO层。
其上沉积ZnO(或含有ZnO的合金)的半导体材料包括但不限于GaN、p型GaN或n型GaN。
使用所述方法可以制造各种装置。在一或多个实施例中，制造由外延生长层和ZnO层组成的III-N基光电子装置(例如LED、激光二极管(LD)或太阳能电池)，其中ZnO层(晶种和附加层)使用上述方法沉积在外延生长层上。
在一或多个实施例中，(例如，ZnO)晶种层充当接触层(例如，p接触或n接触)，并且(例如，ZnO)体块层充当电流扩展器(例如，使得所述装置可以在大于100A/cm2的电流密度下运行，例如发出电磁辐射)。
优点和改进
本文所述的一或多种沉积ZnO的方法可以产生高质量的薄膜并可以大规模使用。本文所述的一或多种方法使得ZnO可以与诸如氧化铟锡(ITO)之类的材料竞争作为用于光电子应用，诸如III族氮化物发光体和光伏电池的透明导电氧化物。
术语
通常使用术语(Al、Ga、In)N、III族氮化物(III-nitride)、III-N、III族氮化物(Group III-nitride)、氮化物、Al(1-x-y)InyGaxN(其中0<x<1且0<y<1)或AlInGaN来指代GaN及其掺杂铝和铟的三元和四元化合物(AlGaN、InGaN、AlInGaN)。所有这些术语旨在等效且广义地解释为包括单一物质Al、Ga和In的各自氮化物，以及该种III族金属物质的二元、三元和四元组合物。因此，这些术语包括化合物AlN、GaN和InN，以及三元化合物AlGaN、GaInN和AlInN，以及四元化合物AlGaInN，作为包括在这种术语中的物质。当存在两种或多种(Ga、Al、In)组分物质时，所有可能的组合物，包括化学计量比例以及“非化学计量”比例(相对于组合物中的每种(Ga、Al、In)组分物质的相对摩尔分数)可用于本发明的广泛范围内。因此，应该理解，在下文中主要参考GaN材料的本发明的讨论适用于各种其它(Al、Ga、In)N材料物质的形成。此外，在本发明范围内的(Al、Ga、In)N材料还可以包括少量的掺杂剂和/或其它杂质或内含材料。硼(B)也可以包括在内。
一种消除GaN或III族氮化物基光电子装置中的自发和压电极化效应的方法是在晶体的非极性平面上生长III族氮化物装置。这样的平面含有相同数量的Ga(或III族原子)和N原子并且是电荷中性的。此外，后面的非极性层相互等效，所以块状晶体不会沿着生长方向极化。GaN中的两个对称等价非极性平面族是{11-20}族，统称为a平面，和{1-100}族，统称为m平面。因此，非极性III族氮化物沿垂直于III族氮化物晶体的(0001)c轴的方向生长。
另一种降低(Ga、Al、In、B)N装置中极化效应的方法是在晶体的半极性平面上生长装置。术语“半极性平面”(也可称为“半极化平面”)可以用于指代不能被分类为c平面、a平面或m平面的任何平面。在晶体学术语中，半极性平面可以包括具有至少两个非零h、i或k米勒指数和非零l米勒指数的任何平面。
一些常见的半极性平面的示例包括(11-22)、(10-11)以及(10-13)平面。纤锌矿晶体结构中的半极性平面的其它示例包括但不限于(10-12)、(20-21)以及(10-14)。氮化物晶体的偏振矢量既不在这些平面内，也不垂直于这些平面，而是位于相对于平面表面法线倾斜的某个角度。例如，(10-11)和(10-13)平面分别在c平面的62.98°和32.06°处。
也可以制造极性c平面装置。GaN的镓面或Ga面是c+或(0001)平面，GaN的氮面或N面或III族氮化物层是c-或(000-1)平面。
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结论
以上就是本发明的优选实施例的描述。出于说明和描述的目的呈现了对本发明的一或多个实施例的上述描述。这并不意味着穷举或将本发明限制到所公开的确切形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。意图是本发明的范围不受该详细描述的限制，而是受所附权利要求的限制。

Claims (23)

1.一种光电子装置，其包括：
二极管结构上的掺杂晶种层，其中所述晶种层形成与所述二极管结构的电触点，并且所述晶种层包括锌和氧；和
所述晶种层上的层，所述层包括锌和氧，其中所述层和所述晶种层各自具有厚度、晶体质量以及掺杂级，使得：
包括III族氮化物材料的所述二极管结构以施加在包括所述晶种层、所述层以及所述二极管结构的结构上的2.75伏或更小的导通电压导通，并且
金属触点与所述层的接触电阻与所述金属触点与直接在没有所述掺杂晶种层的二极管结构上的层的接触电阻相比较低。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述二极管结构包括在n型GaN层和p型GaN层之间的III族氮化物有源层；
所述晶种层是所述p型GaN层上的p型晶种层，
所述层是p型体块层，并且
所述晶种层和所述体块层各自具有厚度、晶体质量以及掺杂级，使得：
具有450纳米波长的光以至少80％的透射率穿过所述晶种层和所述层，
将正向电压施加到所述金属触点与所述层两端以及金属触点与所述n型GaN层两端时，所述装置在100安培/平方厘米的电流密度下具有小于3.5伏的所述正向电压，
所述晶种层是p型接触层，且所述体块层是电流扩展器。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
使用选自原子层沉积ALD、电子束沉积、电子回旋共振等离子体沉积、热蒸发、金属有机化学气相沉积MOCVD以及分子束外延MBE中的至少一种沉积技术来沉积所述晶种层，
所述层是使用水热沉积或溅射沉积所沉积的体块层，
所述晶种层充当与所述二极管结构的电触点，以及
所述体块层充当电流扩展器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述掺杂晶种层是ZnO或含有ZnO的合金，且所述晶种层上的所述层是ZnO或含有ZnO的合金。
5.一种在半导体材料上制造导电薄膜的方法，其包括：
使用第一沉积技术在半导体材料上沉积晶种层，其中所述晶种层包括锌和氧；以及
在所述晶种层上沉积包括锌和氧的层，其中使用不同于所述第一沉积技术的第二沉积技术将所述层沉积在所述晶种层上。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使用原子层沉积ALD来沉积所述晶种层，且使用水热沉积来沉积包括体块层的所述层。
7.根据权利要求5所述的方法，其中使用电子束沉积来沉积所述晶种层，且使用水热沉积来沉积包括体块层的所述层。
8.根据权利要求5所述的方法，其中使用反应性电子束沉积来沉积所述晶种层，且使用水热沉积来沉积包括体块层的所述层。
9.根据权利要求5所述的方法，其中使用热蒸发来沉积所述晶种层，且使用水热沉积来沉积包括体块层的所述层。
10.根据权利要求5所述的方法，其中使用反应性热蒸发来沉积所述晶种层，且使用水热沉积来沉积包括体块层的所述层。
11.根据权利要求5所述的方法，其中使用金属有机化学气相沉积MOCVD来沉积所述晶种层，且使用水热沉积来沉积包括体块层的所述层。
12.根据权利要求5所述的方法，其中使用分子束外延MBE来沉积所述晶种层，且使用水热沉积来沉积包括体块层的所述层。
13.根据权利要求5所述的方法，其中使用原子层沉积ALD来沉积所述晶种层，且使用溅射沉积来沉积包括体块层的所述层。
14.根据权利要求5所述的方法，其中使用电子束沉积来沉积所述晶种层，且使用溅射沉积来沉积包括体块层的所述层。
15.根据权利要求5所述的方法，其中使用反应性电子束沉积来沉积所述晶种层，且使用溅射沉积来沉积包括体块层的所述层。
16.根据权利要求5所述的方法，其中使用热蒸发来沉积所述晶种层，且使用溅射沉积来沉积包括体块层的所述层。
17.根据权利要求5所述的方法，其中使用反应性热蒸发来沉积所述晶种层，且使用溅射沉积来沉积包括体块层的所述层。
18.根据权利要求5所述的方法，其中使用金属有机化学气相沉积MOCVD来沉积所述晶种层，且使用溅射沉积来沉积包括体块层的所述层。
19.根据权利要求5所述的方法，其中使用分子束外延MBE来沉积所述晶种层，且使用溅射沉积来沉积包括体块层的所述层。
20.根据权利要求5所述的方法，其中使用电子回旋共振等离子体沉积来沉积所述晶种层或所述晶种层上的所述层。
21.根据权利要求5所述的方法，其中所述晶种层在比随后沉积的层低的温度下沉积。
22.根据权利要求5所述的方法，其还包括：
使用原子层沉积来沉积所述晶种层，其中所述原子层沉积使用：
包括二乙基锌DEZ、二甲基锌或乙酸锌的Zn前体，
包括水、氧等离子体或臭氧气体的氧化剂，以及
50℃至500℃的衬底温度；
在100℃至800℃的温度下对所述晶种层进行退火；以及
使用包括水热沉积的所述第二沉积技术来沉积所述层。
23.根据权利要求5所述的方法，其中所述掺杂晶种层是ZnO或含有ZnO的合金，且所述晶种层上的所述层是ZnO或包含ZnO的合金。
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