專利名稱：氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管芯片及其制作方法，特別是一種氧化鋅基透明電極發(fā)
光二極管及其制作方法。
背景技術：
理論上LED的發(fā)光效能可以高達2001m/W以上，而現(xiàn)有的白光LED則只有1001m/ W左右，與節(jié)能型熒光燈相比還有一定差距；而且其價格與傳統(tǒng)光源相比也有很大的劣勢。 提高LED的發(fā)光效率的途徑主要有兩種1)提高LED芯片的內量子效率；2)提高LED芯片 的外量子效率。目前，超高亮度LED的內量子發(fā)光效率已經(jīng)有非常大的改善，最高已經(jīng)達到 80%，進一步改善的空間不大。因此提高LED芯片的外量子效率是提高LED總發(fā)光效率的 關鍵。而傳統(tǒng)結構GaN基LED由于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芯片發(fā)熱也影響著大功率LED的質量和使用壽命。目前采用的提高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、倒裝芯片技
術、芯片鍵合技術、激光剝離技術等。 特別是由于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(chǎn)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、采 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， 一般小于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(xiàn)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(fā)光效 率，促進LED在照明領域中的應用，有重要意義。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種氧化鋅基透明電極發(fā)光二 極管芯片及其制造方法，本發(fā)光二極管芯片提高了大功率發(fā)光二極管(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(fā)明的構思是針對當前LED存在的銦資源緊缺、銦的有毒 性、工藝復雜等問題，提出采用透過率高、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(jù)上述的發(fā)明構思，本發(fā)明采用下述技術方案 —種氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管，包括在藍寶石襯底上依次有緩沖層、本征 層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化鎵和透明電極，并有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。其中緩沖層、本征層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化鎵是在M0CVD中依次生長完畢；其特征在于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)是金屬復合電極，材質是Ti/Al或
Cr/Pt/Au ;所述p型金屬電極(PAD)是金屬復合電極，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。 —種用于上述氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于工藝步驟如 下 1)用MOCVD的方法在襯底上依次緩沖層、本征層、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干法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，制備出所需芯片結 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(fā)或電子束蒸發(fā)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(fā)明的氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管與傳統(tǒng)鎳金電極和摻錫氧化銦電極相比 具有顯而易見的優(yōu)勢透過率增加，制備工藝簡單，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(fā)明的未沉積金屬電極的LED芯片結構圖，其中(a)為主視圖，(b)為俯 視圖； 圖2是本發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)明的優(yōu)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(fā)光二極管包括在藍 寶石襯底1上依次有緩沖層2、本征層3、 n型氮化鎵4、量子阱5、 p型氮化鎵6和透明電極 7，并有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。其中緩沖層2、本征層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是金屬復合電極，材質是Ti/Al或Cr/Pt/Au ;所述p型金屬電極(PAD) 9 是金屬復合電極，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芯片的可靠性。 實施例三本氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管芯片制造方法如下首先，用MOCVD的 方法在襯底上依次緩沖層2、本征層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；然后使用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等干法刻蝕將n 型氮化鎵暴露出來，制備出所需芯片結構并進行退火處理；通過熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)的方 法沉積n型金屬電極(PAD) 8和p型金屬電極(PAD) 9 ;最后，進行金屬電極的合金化退火處 理并分割外延片。 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干法刻蝕將n型氮化 鎵暴露出來，退火處理后利用熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)等薄膜沉積方法生長金屬電極。
芯片尺寸為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芯片光提取效率，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芯片的可靠性。
權利要求
一種氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管，包括在藍寶石襯底(1)上依次有緩沖層(2)、本征層(3)、n型氮化鎵(4)、量子阱(5)、p型氮化鎵(6)和透明電極(7)，并有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)，其中緩沖層(2)、本征層(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；其特征在于所述透明電極(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)是金屬復合電極，材質是Ti/Al或Cr/Pt/Au；所述p型金屬電極(9)是金屬復合電極，材質是Ni/Au或Cr/Pt/Au。
2. 根據(jù)權利要求1所述的氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管，其特征在于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芯片的可靠性。
3. —種用于根據(jù)權利l要求所述的氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管的制作方法，其特征 在于工藝步驟如下a. 用M0CVD的方法在襯底上依次緩沖層(2)、本征層(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干法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，制備出所需芯片結構；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(fā)或電子束蒸發(fā)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(jù)權利要求3所述的氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述 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(jù)權利要求3所述的氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于利用 氬離子或ICP干法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，退火處理后利用熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)等薄 膜沉積方法生長金屬電極。
6. 根據(jù)權利要求3所述的氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于芯片 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芯片光提取效率，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芯片的可靠性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管及其制作工藝。本發(fā)光二極管包括在藍寶石襯底上依次有緩沖層、本征層、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、并有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。其制作方法是緩沖層、本征層、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；利用干法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，退火處理后利用熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)等薄膜沉積方法生長金屬電極。芯片尺寸為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芯片光提取效率，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芯片的可靠性。
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(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者張建華, 王書方 申請人:上海大學