Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極的發光二極體及其製備方法
2023-12-02 15:08:11
專利名稱：Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極的發光二極體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體晶片及其製備方法，特別是一種Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極發光二極體及其製作方法。
背景技術：
理論上LED的發光效能可以高達2001m/W以上，而現在的白光LED則只有1001m/W 左右，與節能型螢光燈相比還有一定差距；而且其價格與傳統光源相比也有很大的劣勢。提高LED的發光效率主要有兩種途徑1)提高LED晶片的內量子效率；2 )提高LED晶片的外量子效率。目前，超高亮度LED的內量子發光效率已經有非常大的改善，最高已經達到80%， 進一步改善的空間不大。因此提高LED晶片的外量子效率是提高LED總發光效率的關鍵。 而傳統結構的GaNg基LED由於全反射和吸收等原因，光提取效率只有百分之幾，提高空間很大。同時LED晶片發熱也影響著大功率LED的質量和壽命。目前採用的提高LED外量子效率的方法主要有透明襯底技術、金屬膜反射技術、表面微結構技術、倒裝晶片技術、晶片鍵合技術、雷射剝離技術等。特別是由於p-GaN歐姆接觸的阻抗一直難以降低，GaN基LED在工作時很大一部分電壓會落在P-GaN歐姆接觸的界面上，這也會導致在P-GaN歐姆接觸界面上產生大量的熱量，從而引起器件失效。目前改善歐姆接觸的主要有表面預處理技術、退火技術、採用異質結和超晶格結構技術、重摻雜技術等。而Ni/Au基金屬化和ITO透明導電薄膜是其中比較成熟的技術。為了降低p-GaN的接觸電阻和使電流擴散均勻，p_GaN厚度較薄，一般小於0. 2微米，同時p-GaN電極面積較大。電極層對光的遮擋和吸收是影響外量子效率的一個重要因素。因此，實現低歐姆接觸阻抗的P-GaN透明電極，對提高LED的質量、使用壽命和發光效率，促使LED在照明領域中的應用，有重要意思。
發明內容
本發明的目的在於針對已有技術存在的缺陷，提供一種Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極發光二極體晶片及其製造方法，本發光二極體晶片極大地改善了 P型氮化鎵表面與透明電極之間的接觸電阻，提高了大功率發光二極體的出光效率，增加P型半導體層電流擴散的均勻性。
為達到上述目的，本發明的構思是針對當前LED存在的銦資源緊缺、銦的有毒性、工藝複雜等問題，提高採用透過率高、摻雜導電性好、資源豐富的氧化鋅做為電流擴展層，為了氧化鋅電流擴展與P型氮化鎵表面形成良好的歐姆接觸，在P型氮化鎵表面濺射氧化鋅薄膜前先蒸鍍一層Ag納米層，再在納米層上蒸鍍一層ITO薄膜，最後濺射氧化鋅基薄膜，同時通過設計特定形狀的P型金屬電極極大的提高了 P型半導體層的電流擴展層的電流擴散均勻性，從而提高LED光效和可靠性。
根據上述的發明構思，本發明採用下述技術方案
一種Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極發光二極體，包括藍寶石襯底、緩衝層、本徵層、η 型氮化鎵、量子阱、P型氮化鎵、Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層(7)、n型金屬電極(PAD) 連接η型氮化鎵、ρ型金屬電極(PAD)連接複合透明電極。其中在於緩衝層、本徵層、η型氮化鎵、量子阱、P型氮化鎵是在MOCVD中依次生長完畢。其中緩衝層O)、本徵層(3)、η型氮化鎵(4)、量子阱(5)、ρ型氮化鎵(6)是在MOCVD中依次生長完畢；其特徵在於所述的Ag/ ITO/氧化鋅基透明電流擴展層(7)其製備方法是依次是利用真空蒸鍍的方法在ρ型氮化鎵表面蒸鍍一層Ag納米層，再利用電子束蒸鍍的方法將ITO透明薄膜蒸鍍，最後利用磁控濺射的方法將氧化鋅透明薄膜濺射在ITO薄膜表面，形成Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層，其中ITO薄膜的材質是是Sn2O3=In2O3=I:9的銦錫氧化物，氧化鋅基透明導電薄膜的材質是SiOAa或&ι0:Α1或SiOJn ；所述的η型金屬電極( 是金屬複合電極，材質是Ti/Al 或Cr/Pt/Au ；所屬的ρ型金屬電極(9)是金屬複合電極，材質是Ni/Au或Cr/Pt/Au。上述的ρ型金屬電極具有的特殊形狀工字型，此種形狀P型金屬電極(9)使得電流擴散更均勻，提高LED晶片的可靠性。一種製造根據權利1要求所述的透明電極發光二極體的製作方法，其特徵在於工藝步驟如下
1)用MOCVD的方法在襯底上依次緩衝層(2)、本徵層(3)、n型氮化鎵(4)、量子阱(5)、 P型氮化鎵(6)；
2)對外延片進行鎂激活退火處理；
3)使用化學試劑對外延片進行表面處理，其化學試劑是KOH或者HCl或者王水；
4)通過真空蒸鍍、電子束蒸發和磁控濺射分別沉積ITO透明導電薄膜和氧化鋅透明導電薄膜，形成Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層(7)；
5)用溼法腐蝕的方法刻蝕出所設計的Ag/ITO/氧化鋅基複合電流擴展層(7)圖形；
6)通過離子刻蝕或ICP幹法刻蝕將η型氮化鎵暴露出來，對外延片進行退火處理，一方面降低ITO薄膜層與氮化鎵表面層以及ITO薄膜層和氧化鋅基薄膜層以及之間的接觸電阻，一方面修復刻蝕損傷；
7)通過熱蒸發或電子束蒸發的方法沉積η型金屬電極(8)和ρ型金屬電極(9)
8)再次退火處理，進行金屬電極的合金化；
9)分割外延片
所述的Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極發光二極體的製作方法，其特徵在於所述的 Ag/ITO/氧化鋅複合透明電極是首先利用真空蒸鍍的方法在ρ型氮化鎵表面蒸鍍一層^Vg納米層，再利用電子束蒸發的方法在^Vg納米層上蒸鍍ITO薄膜，再利用磁控濺射的方法在ITO 薄膜濺射一層氧化鋅基透明薄膜，形成Ag/ITO/氧化鋅複合透明電極。所述的Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極發光二極體的製備方法，其特徵在於利用氬離子或ICP幹法刻蝕將η型氮化鎵暴露出來，退火處理後利用熱蒸發等薄膜沉積方法生長金屬電極。晶片的尺寸為直徑為Imm的圓，為了輔助Ag/ITO/氧化鋅進行更好的電流擴散，設計了一種ρ型金屬電極，Ag/ITO/氧化鋅透明電極極大地改善了 ρ型氮化鎵表面與透明電極層之間的接觸電阻，提高了 LED的光提取效率，而此種形狀的ρ型金屬電極是的電流擴散更均勻，從而提高了 LED晶片的可靠性。
本發明的Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極發光二極體與傳統的鎳金電極和摻錫氧化銦電極以及純氧化鋅基電極相比有顯而易見的有事透過率較高，降低了透明電極和 P型氮化鎵表面的接觸電阻，形成更好的歐姆接觸，製備工藝簡單，成本低廉，P型半導體層電流擴散更均勻。效率的提高、可靠性的提高和成本的降低都將推動LED照明的步伐。
圖1和圖2是本發明的未沉積金屬的電極的LED晶片結構圖，其中圖1為主視圖， 圖2為俯視圖3和圖4是本發明ρ型電極形狀，其中圖3為主視圖，圖4為俯視圖。
具體實施例方式本發明的優選實例結合
如下
實施例一參見圖1和圖2，本Ag/ITO/氧化鋅基透明電極發光二極體包括在藍寶石襯底1上依次有緩衝層2、本徵層3、η型氮化鎵4、量子阱5、ρ型氮化鎵6和Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層7，並有η型金屬電極(PAD) 8連接η型氮化鎵4，ρ型金屬電極(PAD) 9 連接透明Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層7。其中緩衝層2、本徵層3、η型氮化鎵4、量子阱5、ρ型氮化鎵6是在MOCVD中依次生長完成的；所述的Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層7是Ag/ITO/氧化鋅複合透明電極，其中ITO薄膜的材質是是Sn2O3:Ιη203=1:9的銦錫氧化物，氧化鋅基透明導電薄膜的材質是SiOAa或SiO Al或SiOJn ；所述的η型金屬電極(8)是金屬複合電極，材質是Ti/Al或Cr/Pt/Au;所屬的ρ型金屬電極(9)是金屬複合電極，材質是Ni/Au或Cr/Pt/Au。實施例二 本實施例與與實施例一基本相同，特別之處是φ型電極的特殊形狀 工字型，此種形狀的ρ型金屬電極9使得電流擴散更均勻，提高了 LED晶片的可靠性。實施例三本透明電極發光二極體晶片製造方法如下首先，用MOCVD的方法在襯底上依次緩衝層2、本徵層3、n型氮化鎵4、量子阱5、p型氮化鎵6 ；緊接著對外延片進行鎂激活退火處理；然後使用KOH或者HCl或者王水等化學試劑對外延片進行表面處理，通過真空蒸鍍的方法蒸鍍Ag納米層，再用電子束蒸鍍的方法沉積ITO透明導電薄膜，最後通過射頻磁控濺射氧化鋅透明導電薄膜形成了 Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層7，用溼法腐蝕的方法，將複合透明電極腐蝕出所需圖形，再通過離子刻蝕或者ICP刻蝕將η型氮化鎵暴露出來，並進行退火處理；通過熱蒸發或電子束蒸發的方法沉積η型金屬電極(PAD) 8和ρ型金屬電極(PAD)9 ；最後，進行金屬電極的合金化退火處理並分割外延片。實施例四本實施與實施例三基本相同，特別之處在於所述的Ag/ITO/氧化鋅基複合電極是通過直流磁控濺射沉積ITO薄膜，再通過射頻磁控濺射沉積氧化鋅基薄膜形成Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層7，用溼法腐蝕的方法，將複合透明電極腐蝕出所需圖形，再通過離子刻蝕將η型氮化鎵暴露出來，並進行退火處理；通過熱蒸發或電子束蒸發的方法沉積η型金屬電極(PAD)S和ρ型金屬電極(PAD)9 ；最後，進行金屬電極的合金化退火處理並分割外延片。實施例五本實施與實施例四基本相同，特別之處在於所述的ITO/氧化鋅基複合電極是通過直流磁控濺射沉積ITO薄膜，再通過射頻磁控濺射沉積氧化鋅基薄膜形成Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層7後，直接通過離子刻蝕或者ICP刻蝕將η型氮化鎵暴露出來，使得P型氮化鎵呈現出所想要的圖案。晶片尺寸為直接為Imm圓，為輔助複合電極進行更好的電流擴散，設計出此種特殊的形狀的P型金屬電極。氧化鋅透明電極提高了 LED晶片光提取效率，此種形狀的P型電極使得電流擴散更均勻，從而提高了 LED晶片的可靠性。
權利要求
1.一種Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極的發光二極體，包括藍寶石襯底(1)、緩衝層 (2)、本徵層(3)、η型氮化鎵(4)、量子講(5)、ρ型氮化鎵(6)、Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層(7)、n型金屬電極⑶連接η型氮化鎵G)、p型金屬電極(9)連接Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層(J),其中緩衝層O)、本徵層(3)、η型氮化鎵0)、量子阱(5)、ρ型氮化鎵(6)是在MOCVD中依次生長完畢；其特徵在於所述的Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層(7)的製備方法是依次是利用電子束蒸鍍或者真空蒸鍍的的方法將幾納米厚的Ag薄膜蒸鍍在P型氮化鎵表面，再利用電子束蒸鍍的方法在Ag納米層上蒸鍍ITO透明薄膜；最後利用磁控濺射的方法將氧化鋅透明薄膜濺射在ITO薄膜表面，形成Ag/ITO/氧化鋅複合透明電極，其中ITO薄膜的材質是是Sn2O3 In2O3=I 9的銦錫氧化物，氧化鋅基透明導電薄膜的材質是SiO:( 或SiO Al或SiO 所述的η型金屬電極( 是金屬複合電極，材質是Ti/ Al或Cr/Pt/Au ；所屬的ρ型金屬電極(9)是金屬複合電極，材質是Ni/Au或Cr/Pt/Au。
2.根據權利要求1所述的Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極發光二極體，其特徵在於所述的P型金屬電極的形狀為工字型。
3.一種用於權利要求1所述的Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極的發光二極體的製備方法，其特徵在於其工藝步驟如下a.用MOCVD的方法在襯底上依次緩衝層(2)、本徵層(3)、n型氮化鎵(4)、量子阱(5)、 P型氮化鎵(6)；b.對外延片進行鎂激活退火處理；c.使用化學試劑對外延片進行表面處理，其化學試劑是KOH或者HCl或者王水；d.通過真空蒸鍍、電子束蒸發和磁控濺射分別沉積^Vg納米層、ITO透明導電薄膜和氧化鋅透明導電薄膜，形成Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層(7)；e.用溼法腐蝕的方法刻蝕出所設計的Ag/ITO/氧化鋅基透明電流擴展層(7)圖形；f.通過離子刻蝕或ICP幹法刻蝕將η型氮化鎵暴露出來，對外延片進行退火處理；g.通過熱蒸發或電子束蒸發的方法沉積η型金屬電極(8)和ρ型金屬電極(9)；h.再次退火處理，進行金屬電極的合金化；i.分割外延片。
全文摘要
本發明涉及一種Ag/ITO/氧化鋅基複合透明電極發光二極體及其製作工藝。本發光二極體包括在藍寶石襯底上依次有緩衝層、本徵層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化鎵和Ag/ITO/氧化鋅基複合電流擴展層、並有n型金屬電極連接n型氮化鎵，p型金屬電極連接Ag/ITO/氧化鋅複合透明電流擴展層。其製作方法是緩衝層、本徵層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化鎵是在MOCVD中依次生長完畢；Ag/ITO/氧化鋅複合透明電流擴展層分別依次是利用真空蒸鍍的方法將幾納米厚的Ag薄膜蒸鍍到p型GaN表面，再用電子束蒸鍍的方法將ITO透明薄膜蒸鍍在Ag薄膜表面，再利用磁控濺射的方法將氧化鋅透明薄膜濺射在ITO薄膜表面，形成Ag/ITO/氧化鋅複合透明電流擴展層；利用幹法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，退火處理後利用熱蒸發或電子束蒸發等薄膜沉積方法生長金屬電極。Ag/ITO/氧化鋅複合透明電極極大地改善了p型氮化鎵與透明電極層之間的歐姆接觸，提高了LED晶片的光提取效率和可靠性。
文檔編號H01L33/38GK102169944SQ20111008432
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月6日 優先權日2011年4月6日
發明者張建華, 李喜峰, 王萬晶 申請人:上海大學