一種層狀透明導電層led晶片的製備方法
2023-06-20 14:51:01
專利名稱：一種層狀透明導電層led晶片的製備方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，更具體地，本發明涉及一種應用在發光二極體(LED)晶片的透明導電層的製備方法。
背景技術：
發光二極體(LED)相對於其他的光源，具有壽命長、可靠性高、體積小、響應速度快並且易於集成的優點，使得其已經廣泛用於信息顯示、圖像處理、消費電子等各類顯示光源。目前，大功率LED透明電極主要採用氧化銦錫(ITO)，ITO具有導電、透明的優點，並且ITO薄膜由於具有高的穿透率和低的面電阻率，廣泛應用於LED領域，作為LED晶片工藝中的透明導電層，現在同向型LED晶片製造中，幾乎100%採用ITO膜層做為透明導電層。·然而，由於ITO和P-GaN之間有巨大的功函數差異，其中ITO為4. 7eV，P-GaN為
7.2eV，使得ITO做為P-GaN的電流擴散層會產生巨大的接觸勢壘，進而增加LED晶片的驅動電壓。
發明內容
因此，為克服現有技術中ITO膜層和P-GaN之間高接觸勢壘的問題，本發明提供一種應用在發光二極體(LED)晶片的透明導電層結構及其製備方法。根據本發明的一個方面，提供一種層狀透明導電層LED晶片結構的製備方法，包括步驟10)、提供LED外延片；步驟20)、在LED外延片上進行Mesa處理，以暴露出外延片的N-GaN層；步驟30)、外延片的未暴露表面上沉積具有高功函數的第一層透明導電層；步驟40)、在第一層透明導電層上沉積第二層透明導電層；步驟50)、蒸鍍P&N電極，形成LEDCOW結構。其中，此第一層透明導電膜層的折射率介於P-GaN和第二層透明導電膜層之間或與第二層透明導電膜層的折射率相當。根據本發明的另一個方面，提供一種層狀透明導電層LED晶片結構，包括一 LED外延片ITO層；在此LED外延片上通過Mesa工序形成暴露出的N-GaN層；其上具有高功函數與合適的折射率的第一層透明導電層，折射率介於P-GaN和第二層透明導電層的折射率之間；在第一層透明導電層上沉積第二層透明導電層；蒸鍍P&N電極，形成的LED COW結構。為了在保持面電阻和穿透率的同時，也降低透明導電膜層和P-GaN之間的勢壘，本發明提供了一種新的透明導電層膜系，層狀透明導電層結構，即在透明導電膜層膜和P-GaN之間插入一層新的高功函數的膜層，以此來降低P-GaN和ITO膜層之間的接觸勢壘，進而降低LED晶片的驅動電壓。同時，為保證整個晶片不因光的全反射作用二喪失晶片的外量子效率，此插入層的折射率介於ITO膜層和P-GaN之間或與之上的透明導電膜層的折射率相當。與現有單層透明導電層的LED晶片相比，本發明能顯著降低P-GaN和透明導電膜層之間由於功函數的差異而產生的高的接觸勢壘，進而降低LED晶片的驅動電壓，提高LED晶片效率，同時保持晶片的外量子效率。
圖I為本發明實施例的層狀透明導電層結構示意圖；圖2為本發明實施例的層狀透明導電層的製備方法流程圖。如圖所示，為了能明確說明本發明的實施例的結構，在圖中標註了特定的結構和器件，但這僅為示意需要，並非意圖將本發明限定在該特定結構、器件和環境中，根據具體需要，本領域的普通技術人員可以將這些器件和環境進行調整或者修改，所進行的調整或者修改仍然包括在後附的權利要求的範圍中。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明的一種應用在發光二極體(LED)晶片的透明導電層結構及其製備方法進行詳細描述。
其中，在以下的描述中，將描述本發明的多個不同的方面，然而，對於本領域內的普通技術人員而言，可以僅僅利用本發明的一些或者全部結構或者流程來實施本發明。為了解釋的明確性而言，闡述了特定的數目、配置和順序，但是很明顯，在沒有這些特定細節的情況下也可以實施本發明。在其他情況下，為了不混淆本發明，對於一些眾所周知的特徵將不再進行詳細闡述。在本發明的第一實施例中，提供一種層狀透明導電層LED晶片結構的製備方法，包括以下步驟1、提供LED外延片；2、在此LED外延片上進行Mesa處理，以暴露出外延片的N-GaN層；3、外延片的未暴露表面上沉積具有高功函數的第一層透明導電層；4、在第一層透明導電層上沉積第二層透明導電層；5、蒸鍍P&N電極，做出LED COW結構。進一步，步驟3還包括在已完成Mesa製程的外延片上沉積一層ITO膜層，其中，使用EB電子蒸鍍，膜層厚度5nm，O2流量為lOsccm，沉積溫度為295°C，沉積速率O. 6A/s,蒸鍍源為 In203/Sn02 = 95% /5%0之後，對此ITO膜層做退火處理，其中，在O2氛圍下，退火溫度為300°C，時間為20min, O2 流量為 lOsccm。步驟4還包括完成退火製程後，接著再沉積一層ITO透明導電膜層。其中，採用EB電子蒸鍍，膜層厚度280nm，02流量為lOsccm，沉積溫度為295°C，沉積速率為I. OA/s，蒸鍍源為 In203/Sn02 = 95% /5%0其中，P-GaN接觸的第一層透明導電層為接觸層。其中，第一透明導電層上面的第二層透明導電層為電流擴散層。其中，接觸層和電流擴散層具有不同的功函數，接觸層的功函數明顯大於電流擴散層。其中，接觸層的厚度為Ι-lOnm，電流擴散層的厚度為100_400nm。其中，接觸層和電流擴散層有相同元素構成，但二者的元素構成比不同。另外，接觸層和電流擴散層也可由不同元素組成。其中，接觸層和電流擴散層的折射率相當。其中，接觸層和電流擴散層採用以下沉積工藝，包括蒸鍍、濺射、離子鍍。在本發明的第二個實施例中，如圖I所示，提供一種層狀透明導電層LED晶片結構，包括一 LED外延片ITO層；在此LED外延片上通過製作Mesa工序以形成暴露出晶片的N-GaN層；其上具有高功函數的第一層透明導電層；在第一層透明導電層上沉積第二層透明導電層；蒸鍍P&N電極，形成的LED COff結構。高功函數透明導電層中，第一層透明導電層和第二層透明導電層均是ITO材料，但相比第二層ITO層，第一層ITO材料採用低摻雜SnO2 (第一層ITO SnO2 = 1_3% ;第二層ITO SnO2 = 5% )，通過降低Sn02的摻雜，降低底層ITO層的電子濃度和O空位濃度，進而提升ITO底層的功函數。所述層狀透明導電層由兩層構成，其中和P-GaN接觸的為接觸層，其上的為電流擴散層。接觸層和電流擴散層具有不同的功函數，接觸層的功函數明顯大於電流擴散層。接觸層的厚度為Ι-lOnm，電流擴散層的厚度為100_400nm。接觸層和電流擴散層有相同元素構成，但二者的元素構成比不同。接觸層和電流擴散層的折射率相當。 接觸層和電流擴散層採用以下沉積工藝，包括蒸鍍、濺射、離子鍍。在本發明的第三個實施例中，如圖I所示，提供一種層狀透明導電層LED晶片結構，包括一 LED外延片；在此LED外延片上通過製作Mesa工序以形成暴露出晶片的N-GaN層；其上具有高功函數的第一層透明導電層；在第一層透明導電層上沉積第二層透明導電層；蒸鍍P&N電極，形成的LED COff結構。 所述層狀透明導電層由兩層構成，其中和P-GaN接觸的為接觸層，其上的為電流擴散層。接觸層和電流擴散層具有不同的功函數，接觸層的功函數明顯大於電流擴散層。接觸層的厚度為Ι-lOnm，電流擴散層的厚度為100_400nm。接觸層和電流擴散層有不同元素構成，接觸層可為IZ0(Zn0:In)，GZO(ZnOiGa),AZO(ZnO:Al)，接觸層為 ITO0接觸層的折射率介於電流擴散層和P-GaN之間。在根據第一實施例的方法中，其中操作過程進一步如圖2所示，該層狀透明導電層的沉積方法包括以下步驟步驟1，在已完成Mesa製程的外延晶圓上沉積一層ITO膜層，具體沉積工藝為使用EB電子蒸鍍，膜層厚度5nm，O2流量為lOsccm，沉積溫度為295°C，沉積速率O. 6A/s,蒸鍍源為 In203/Sn02 = 95% /5%0步驟2，對此ITO膜層做退火處理，具體退火工藝為在O2氛圍下,退火溫度為300°C,時間為20min, O2流量為lOsccm。步驟3，完成退火製程後，接著再沉積一層ITO透明導電膜層，具體沉積工藝為採用EB電子蒸鍍，膜層厚度280nm，O2流量為lOsccm，沉積溫度為295°C，沉積速率為I. OA/s,蒸鍍源為 In203/Sn02 = 95% /5% 0進一步，對於沉積過程在刻蝕暴露出N-GaN之後，通過蒸鍍或濺射低摻雜ITO膜層，然後更換蒸鍍源或靶，蒸鍍或沉積高摻雜ITO膜層，然後N2氛圍退火處理。最後應說明的是，以上實施例僅用以描述本發明的技術方案而不是對本技術方法進行限制，本發明在應用上可以延伸為其他的修改、變化、應用和實施例，並且因此認為所有這樣的修改、變化、應用、實施例都在本發明的精神和教導範圍內。
權利要求
1.一種層狀透明導電層LED晶片結構的製備方法，包括 步驟10)、提供LED外延片； 步驟20)、在LED外延片上進行Mesa處理，以暴露出外延片的N-GaN層； 步驟30)、外延片的未暴露表面上沉積具有高功函數的第一層透明導電層； 步驟40)、在第一層透明導電層上沉積第二層透明導電層； 步驟50)、蒸鍍P&N電極，形成LED COff結構。
2.權利要求I所述的方法，其中，步驟30)還包括 在已完成Mesa製程的外延片上沉積第一層透明導電層時，使用EB電子蒸鍍，膜層厚度5nm, O2流量為IOsccm,沉積溫度為295°C,沉積速率O. 6A/s,蒸鍍源為In203/Sn02 = 95%/5% ； 之後，對此第一層透明導電層做退火處理，其中，在O2氛圍下，退火溫度為300°C，時間為 20min, O2 流量為 lOsccm。
3.權利要求2所述的方法，其中，步驟40)還包括完成退火製程後，接著沉積第二層透明導電層時，採用EB電子蒸鍍，膜層厚度280nm，02流量為lOsccm，沉積溫度為295°C，沉積速率為 I. OA/s，蒸鍍源為 In203/Sn02 = 95% /5%0
4.權利要求I所述的方法，其中，與P-GaN接觸的第一層透明導電層為接觸層，第一透明導電層上面的第二層透明導電層為電流擴散層。
5.權利要求4所述的方法，其中，接觸層和電流擴散層具有不同的功函數，接觸層的功函數大於電流擴散層。
6.權利要求4所述的方法，其中，接觸層的厚度為Ι-lOnm，電流擴散層的厚度為100_400nmo
7.權利要求4所述的方法，其中，接觸層和電流擴散層由相同元素構成，但二者的元素構成比不同，或者接觸層和電流擴散層由不同元素組成。
8.權利要求4所述的方法，其中，接觸層的折射率介於電流擴散層和P-GaN之間或與電流擴散層相當。
9.權利要求I所述的方法，其中，對於沉積過程在刻蝕暴露出N-GaN之後，通過蒸鍍或濺射低摻雜第一層透明導電層，然後更換蒸鍍源或靶，蒸鍍或沉積高摻雜第二層透明導電層，然後N2氛圍進行退火處理。
10.一種層狀透明導電層LED晶片結構，包括 一 LED外延片ITO層； 在此LED外延片上通過Mesa工序形成暴露出的N-GaN層； 其上具有高功函數的第一層透明導電層； 在第一層透明導電層上沉積第二層透明導電層； 蒸鍍P&N電極，形成的LED COff結構。
11.根據權利要求10所述的結構，其中，第一層透明導電層中，底層材料為ΙΤ0，相比上層ΙΤ0，底層ITO材料採用低摻雜SnO2,通過降低SnO2的摻雜，降低底層ITO層的電子濃度和O空位濃度。
12.根據權利要求10所述的結構，其中，底層ITO的SnO2= 1-3%;上層ITO的SnO2 = 5%。
13.根據權利要求11所述的結構，其中，第一透明導電層為接觸層，接觸層上面的第二層透明導電層為電流擴散層；接觸層和電流擴散層具有不同的功函數，接觸層的功函數明顯大於電流擴散層，接觸層的折射率介於電流擴散層和P-GaN之間或與電流擴散層相當；接觸層的厚度為Ι-lOnm，電流擴散層的厚度為100-400nm。
全文摘要
本發明提供了一種層狀透明導電層LED晶片結構的製備方法及其結構，該方法包括步驟10)、提供LED外延片；步驟20)、在LED外延片上進行Mesa處理，以暴露出外延片的N-GaN層；步驟30)、外延片的未暴露表面上沉積具有高功函數的第一層透明導電層；步驟40)、在第一層透明導電層上沉積第二層透明導電層；步驟50)、蒸鍍P&N電極，形成LED COW結構。本發明在透明導電膜層膜和P-GaN之間插入一層新的高功函數的膜層，降低透明導電膜層膜和P-GaN之間的接觸勢壘，起到降低晶片的驅動電壓，同時，由於此插入層的折射率介於ITO膜層和P-GaN之間或與之上的透明導電膜層的折射率相當保證了LED外量子效率沒有降低。
文檔編號H01L33/42GK102832299SQ201110164808
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者劉英策, 吳大可, 火東明 申請人:廣東量晶光電科技有限公司