氧化鋅基透明電極發光二極體及其製作方法

2023-04-26 22:37:21 1

專利名稱：氧化鋅基透明電極發光二極體及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體晶片及其製作方法，特別是一種氧化鋅基透明電極發
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，而現有的白光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的發光效率的途徑主要有兩種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GaN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的質量和使用壽命。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技術有表面預處理技術、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，促進LED在照明領域中的應用，有重要意義。

發明內容
本發明的目的在於針對已有技術存在的缺陷，提供一種氧化鋅基透明電極發光二 極管晶片及其製造方法，本發光二極體晶片提高了大功率發光二極體(LED)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，提出採用透過率高、摻雜導電性好、資源豐富的氧化鋅做為電流擴展 層，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 —種氧化鋅基透明電極發光二極體，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型氮化鎵和透明電極，並有n型金屬電極(PAD)連接n型氮化鎵， P型金屬電極(PAD)連接透明電極。其中緩衝層、本徵層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化鎵是在M0CVD中依次生長完畢；其特徵在於所述透明電極是氧化鋅基透明導電薄膜，材質是
ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In ;所述n型金屬電極(PAD)是金屬複合電極，材質是Ti/Al或
Cr/Pt/Au ;所述p型金屬電極(PAD)是金屬複合電極，材質是Ni/Au或Cr/Pt/Au。 上述的p型金屬電極具有不同的形狀為小圓臺型，或呈對角線分布的多交叉枝
型，或呈對角線分布的工字型；不同的形狀P型金屬電極使得電流擴散更均勻，提高LED芯
片的可靠性。 —種用於上述氧化鋅基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、本徵層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化 鎵； 2)對外延片進行鎂激活退火處理； 3)使用NaOH或者HF或者王水等化學試劑對外延片進行表面處理；
4)通過磁控濺射方法，沉積氧化鋅透明導電薄膜； 5)通過利用氬離子或ICP幹法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，製備出所需晶片結 構； 6)對外延片進行退火處理，一方面降低氧化鋅與氮化鎵之間的接觸電阻，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n型金屬電極(PAD)和p型金屬電極 (PAD); 8)再次退火處理，進行金屬電極的合金化；
9)分割外延片。 本發明的氧化鋅基透明電極發光二極體與傳統鎳金電極和摻錫氧化銦電極相比 具有顯而易見的優勢透過率增加，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是本發明的未沉積金屬電極的LED晶片結構圖，其中(a)為主視圖，(b)為俯 視圖； 圖2是本發明p型電極形狀之一，其中(a)為主視圖，(b)為俯視圖；
圖3是本發明p型電極形狀之二，其中(a)為主視圖，(b)為俯視圖；
圖4是本發明p型電極形狀之三，其中(a)為主視圖，(b)為俯視具體實施例方式
本發明的優選實施例結合

如下 實施例一 參見圖1、圖2、圖3、圖4，本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、 n型氮化鎵4、量子阱5、 p型氮化鎵6和透明電極 7，並有n型金屬電極(PAD) 8連接n型氮化鎵4， p型金屬電極(PAD) 9連接透明電流擴展層 7。其中緩衝層2、本徵層3、n型氮化鎵4、量子阱5、p型氮化鎵6是在MOCVD中依次生長完 畢；所述透明電極7是氧化鋅基透明導電薄膜，材質是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In ;所述n
4型金屬電極(PAD) 8是金屬複合電極，材質是Ti/Al或Cr/Pt/Au ;所述p型金屬電極(PAD) 9 是金屬複合電極，材質是Ni/Au或Cr/Pt/Au。 實施例二 本實施例與實施例一基本相同，特別之處是p型金屬電極具有不同的 形狀為小圓臺型，或呈對角線分布的多交叉枝型，或呈對角線分布的工字型；不同的形狀 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。 實施例三本氧化鋅基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NaOH或者HF或者王水等化學試劑對外延片進行表面處 理，通過磁控濺射方法，沉積氧化鋅透明導電薄膜7 ;通過利用氬離子或ICP等幹法刻蝕將n 型氮化鎵暴露出來，製備出所需晶片結構並進行退火處理；通過熱蒸發或電子束蒸發的方 法沉積n型金屬電極(PAD) 8和p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。 實施例四本實施例與實施例三基本相同，特別之處是所述的氧化鋅基透明電 極是利用磁控濺射的方法沉積在P型氮化鎵表面；利用氬離子或ICP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。
晶片尺寸為lmmXlmm，為輔助氧化鋅進行更好的電流擴散，設計出不同形狀的p 型金屬電極。氧化鋅透明電極提高了 LED晶片光提取效率，不同形狀的p型金屬電極使得 電流擴散更均勻，從而提高LED晶片的可靠性。
權利要求
一種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)、n型氮化鎵(4)、量子阱(5)、p型氮化鎵(6)和透明電極(7)，並有n型金屬電極(8)連接n型氮化鎵(4)，p型金屬電極(9)連接透明電流擴展層(7)，其中緩衝層(2)、本徵層(3)、n型氮化鎵(4)、量子阱(5)、p型氮化鎵(6)是在MOCVD中依次生長完畢；其特徵在於所述透明電極(7)是氧化鋅基透明導電薄膜，材質是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In；所述n型金屬電極(8)是金屬複合電極，材質是Ti/Al或Cr/Pt/Au；所述p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所述的氧化鋅基透明電極發光二極體，其特徵在於P型金屬電極具 有不同的形狀為小圓臺型，或呈對角線分布的多交叉枝型，或呈對角線分布的工字型；不 同的形狀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。
3. —種用於根據權利l要求所述的氧化鋅基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a. 用M0CVD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NaOH或者HF或者王水作為處理液對外延片進行表面處理；d. 通過磁控濺射方法，沉積氧化鋅透明導電薄膜(7);e. 通過利用氬離子或ICP幹法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，製備出所需晶片結構；f. 對外延片進行退火處理，一方面降低氧化鋅與氮化鎵之間的接觸電阻，一方面修復 刻蝕損傷；g. 通過熱蒸發或電子束蒸發的方法沉積n型金屬電極(8)和p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。
4. 根據權利要求3所述的氧化鋅基透明電極發光二極體的製作方法，其特徵在於所述 氧化鋅基透明電極是利用磁控濺射的方法沉積在P型氮化鎵表面。
5. 根據權利要求3所述的氧化鋅基透明電極發光二極體的製作方法，其特徵在於利用 氬離子或ICP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。
6. 根據權利要求3所述的氧化鋅基透明電極發光二極體的製作方法，其特徵在於晶片 尺寸為lmmXlmm，為輔助氧化鋅進行更好的電流擴散，設計出不同形狀的p型金屬電極，氧 化鋅透明電極提高了 LED晶片光提取效率，不同形狀的p型金屬電極使得電流擴散更均勻， 從而提高LED晶片的可靠性。
全文摘要
本發明涉及一種氧化鋅基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型氮化鎵和氧化鋅基透明電流擴展層、並有n型金屬電極(PAD)連接n型氮化鎵，p型金屬電極(PAD)連接氧化鋅透明電流擴展層。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；氧化鋅基透明電流擴展層是利用磁控濺射方法沉積在p型氮化鎵表面；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。晶片尺寸為1mm×1mm，為輔助氧化鋅進行更好的電流擴散，設計出不同形狀的p型金屬電極。氧化鋅透明電極提高了LED晶片光提取效率，不同形狀的p型金屬電極使得電流擴散更均勻，從而提高LED晶片的可靠性。
文檔編號H01L33/38GK101777616SQ20101010281
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月29日 優先權日2010年1月29日
發明者張建華, 王書方 申請人:上海大學