一種新型復(fù)合透明電極的led芯片及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片，包括依次設(shè)置在襯底上的氮化鎵緩沖層、N-GaN層、量子阱層、P-GaN層、復(fù)合透明電極層和SiO2保護層，以及對應(yīng)的n型電極和p型電極，其特征在于：所述的復(fù)合透明電極層由石墨烯層狀薄膜和ZnO透明導(dǎo)電薄膜復(fù)合而成，也介紹了該芯片的制作方法。ZnO材料與P-GaN層的非歐姆接觸特性，使得ZnO在LED電極中的應(yīng)用受到很大限制。石墨烯材料在可見光頻譜范圍內(nèi)具有高達97%的可見光透過率、以及優(yōu)異的導(dǎo)電性能及機械性能，當(dāng)其用于P型電極接觸層時又可以與P-GaN間形成良好接觸，在石墨烯上生長一層ZnO，又可以提高石墨烯的電流擴展特性，二者復(fù)合后形成LED的復(fù)合透明電極層，接觸性能和透射率都可以得到大幅提高。
【專利說明】—種新型復(fù)合透明電極的LED芯片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED芯片的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO作為一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有與GaN相同的結(jié)構(gòu)及相似的光電性能，甚至在激子發(fā)射性能等方面超越了 GaN，使其成為高效率LED和紫外波長LED的絕佳候選者。ZnO透明導(dǎo)電薄膜在可見光頻譜內(nèi)具有很高的透射率，其電導(dǎo)率接近金屬薄膜，和ITO薄膜非常接近，經(jīng)過摻雜或復(fù)合的ZnO透明導(dǎo)電薄膜，具有可與ITO薄膜相比擬的電學(xué)和光學(xué)特性。除此之外，與ITO相比，ZnO具有無毒無污染、原料豐富、成本低的優(yōu)勢，經(jīng)過摻雜的ZnO透明導(dǎo)電薄膜，具有可與ITO薄膜相比擬的電學(xué)和光學(xué)特性，在壓電器件、太陽能電池、發(fā)光二級管等光電領(lǐng)域越來越受到重視、研究的范圍也越趨活躍。而In作為一種稀缺資源、價格昂貴，而且芯片工藝較為復(fù)雜，所以ZnO導(dǎo)電薄膜有望取代ITO導(dǎo)電薄膜而占據(jù)未來的LED市場。
[0003]但目前最大的難點就是ZnO的P型摻雜難以實現(xiàn)，所以其作為透明導(dǎo)電層與P-GaN層的歐姆接觸特性不佳，使其廣泛應(yīng)用受到一定限制。石墨烯自從被成功制備以來，就受到了廣大研究者的青睞。石墨烯具有石墨般完美的幾何結(jié)構(gòu)與烯一樣的特性和應(yīng)用。石墨烯具有較高的遷移率，由于其內(nèi)部的散射機制主要以缺陷散射為主，所以在一定溫度范圍內(nèi)遷移率為一個定值，理論值為200000 Cm2V4S'不僅如此，石墨烯具有很高的透過率(高達97%)，而且其電子遷移率高于ITO的三倍以上，完美的機械特性和優(yōu)良的電學(xué)特性，使其開始在導(dǎo)電層上得到廣泛的研究和應(yīng)用。但由于石墨烯厚度很薄，所以其薄層電阻較高，單獨用于導(dǎo)電薄膜則面臨電阻高、芯片正向電壓高的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種新型的復(fù)合透明導(dǎo)電層，能有效解決ZnO單獨作為透明導(dǎo)電薄膜的歐姆接觸問題，并避免了石墨烯單獨作為透明導(dǎo)電薄膜時阻值高及電流擴展的問題，并提供了具有該復(fù)合透明導(dǎo)電層的LED芯片的制作方法，能夠簡單方便地制作出一種新型復(fù)合透明導(dǎo)電層的LED芯片，提高透明導(dǎo)電層與P-GaN層的歐姆接觸特性、并降低其電阻，并提高其出光效率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片，包括依次生長在襯底上的氮化鎵緩沖層、N-GaN層、量子阱層、P-GaN層和復(fù)合透明電極層，其特征在于:所述的N-GaN層上制作有η型電極，復(fù)合透明電極層上制作有P型電極，所述η型電極、ρ型電極外側(cè)的芯片表面沉積有Si02保護層，所述的復(fù)合透明電極層由石墨烯層狀薄膜和生長在石墨烯層狀薄膜上的ZnO透明導(dǎo)電薄膜復(fù)合而成。
[0006]所述的Si02保護層包覆在η型電極、ρ型電極外側(cè)，且Si02保護層經(jīng)蝕刻暴露出η型電極和ρ型電極。
[0007]所述的石墨烯層狀薄膜厚度為2?200nm，ZnO透明導(dǎo)電薄膜厚度為100_300nm。
[0008]一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片的制作方法，包括如下步驟:
A、采用MOCVD技術(shù)在藍寶石襯底上依次生長氮化鎵緩沖層、N-GaN層、量子阱層和P-GaN 層;
B、在P-GaN層的一側(cè)涂覆一層光刻膠，再進行曝光、顯影，另一側(cè)通過ICP法刻蝕到N-GaN的臺面；
C、在P-GaN層上制作有復(fù)合透明電極層(TCL)，復(fù)合透明電極層由石墨烯層狀薄膜和ZnO透明導(dǎo)電薄膜復(fù)合而成；
D、通過光刻工藝，在一側(cè)的復(fù)合透明電極層上得到P電極，在一側(cè)的N-GaN層上得到N電極；
E、使用PECVD在電極上沉積一層S12保護層后，再通過蝕刻使得P電極和N電極露出，完成LED芯片的制作。
[0009]所述步驟C中，復(fù)合透明電極層的制作方法包含如下步驟:
Cl、首先將石墨烯或氧化石墨烯中的一種材料和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料進行均勻混合，把混合材料涂覆在芯片晶圓上，使石墨烯或氧化石墨烯可以在反應(yīng)爐中緊緊貼合在晶圓上，不被載氣或保護氣體吹走，并且PMMA還起到對反應(yīng)產(chǎn)物-石墨烯的機械支撐作用；
C2、把涂覆有混合材料的芯片晶圓放在中溫管式爐中，以H2為載氣、N2為保護氣體，用化學(xué)氣相沉積法(CVD)得到石墨烯層狀薄膜；
C3、把上述步驟制得的石墨烯層狀薄膜浸于丙酮溶液中，低溫(55°C以下)加熱，去除掉表面的PMMA，反復(fù)清洗后，室溫下晾干；
C4、用USP法(超聲噴霧熱解法)或MOCVD法在層狀薄膜上生長一層ZnO透明導(dǎo)電薄膜。
[0010]所述的步驟Cl中，PMMA是通過超聲法實現(xiàn)與石墨烯或氧化石墨烯均勻混合。
[0011]所述的步驟C3中，層狀薄膜反復(fù)清洗的方法是采用丙酮、異丙醇和去離子水進行反復(fù)清洗。
[0012]所述的步驟C4中，ZnO透明導(dǎo)電薄膜的制作方法是以二乙鋅為鋅源，通入N2作為保護氣體和吹掃氣體、02作為反應(yīng)氣體，控制生長溫度為450-500°C，氣體流量控制在為10000-15000sccm，反應(yīng)腔室壓力為10_20torr，內(nèi)中外三圈的電流保持在均勻恒定的水平，從而得到致密性和透過率較佳的ZnO透明導(dǎo)電薄膜。
所述的步驟C4中，ZnO透明導(dǎo)電薄膜的制作方法是采用USP法，以乙酸鋅作為鋅源，乙醇作為溶劑，把反應(yīng)生成的金屬鹽溶液在腔室中進行霧化后噴入高溫區(qū)，控制溫度在500-650°C左右，金屬鹽溶液的濃度優(yōu)選為0.1-lmol/L，從而在芯片晶圓上得到一層ZnO導(dǎo)電薄膜。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:通過簡單的化學(xué)氣相沉積法得到石墨烯/ZnO的復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜，通過超聲法實現(xiàn)材料的均勻混合，然后把石墨烯和ZnO的復(fù)合薄膜自由鋪展在P-GaN層上，工藝簡單、操作方便，既有效解決了氧化鋅薄膜與P-GaN的歐姆接觸問題，又能有效避免石墨烯單獨作為導(dǎo)電薄膜時的高阻值及電流擴展的問題，且石墨烯與ZnO復(fù)合后形成LED的復(fù)合透明電極層，接觸性能和透射率都可以得到大幅提高。
[0014]【專利附圖】
【附圖說明】圖1為本發(fā)明所述的具有新型復(fù)合透明電極的LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，1-襯底，2-緩沖層，3-N-GaN層，4-量子阱層，5_P_GaN層，6_石墨烯層狀薄膜，7-ZnO導(dǎo)電薄膜，8-P電極，9-N電極，1-S12保護層。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明:
實施例1:如圖1所示，一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片，采用MOCVD法在Al2O3或GaN襯底上(I)依次生長氮化鎵緩沖層(2)、N-GaN層(3)、量子阱層(4)、P-GaN層(5);在P-GaN層上涂覆一層光刻膠，再進行曝光、顯影，通過ICP (反應(yīng)離子蝕刻法)把P-GaN層的一側(cè)刻蝕到N-GaN層(3);首先將氧化石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料進行均勻混合，把其涂覆在襯底晶圓上，使氧化石墨烯可以在反應(yīng)爐中緊緊貼合在晶圓上，不被載氣或保護氣體吹走，并且PMMA還起到對反應(yīng)產(chǎn)物-石墨烯的機械支撐作用；把上述材料放在中溫管式爐中，以H2為載氣,N2為保護氣體，用化學(xué)氣相沉積法得到石墨烯的層狀薄膜(6);把上述步驟制得的層狀薄膜(6)浸于丙酮溶液中，45°C低溫加熱，去除掉表面的PMMA，反復(fù)清洗后，室溫下晾干；用國內(nèi)首臺ZnO專用的M0CVD，以二乙鋅為鋅源，通入N2作為保護氣體和吹掃氣體、O2作為反應(yīng)氣體，控制生長溫度為450-500°C，氣體流量控制在為13000sccm，反應(yīng)腔室壓力為10-20ton.，內(nèi)中外三圈的電流保持在均勻恒定的水平，從而得到致密性和透過率較佳的ZnO透明導(dǎo)電薄膜(7);通過光刻工藝、在一側(cè)的復(fù)合電極層上制備出P電極(8)，另一側(cè)的N-GaN層(3)上制備出N電極(9);使用PECVD在電極上沉積一層Si02保護層(10 )后，再通過蝕刻使得P電極(8 )和N電極(9 )露出，完成石墨烯和ZnO復(fù)合透明電極的LED芯片的制作。
[0017]實施例2:如圖1所示，一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片，采用MOCVD法在Al2O3或GaN襯底上(I)依次生長氮化鎵緩沖層(2 )、N-GaN層(3 )、量子阱層(4 )、P-GaN層(5 );在P-GaN層上涂覆一層光刻膠，再進行曝光、顯影，通過ICP (反應(yīng)離子蝕刻法)把P-GaN層的一側(cè)刻蝕到N-GaN層(3);首先將石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料進行均勻混合，把其涂覆在襯底晶圓上，使石墨烯可以在反應(yīng)爐中緊緊貼合在晶圓上，不被載氣或保護氣體吹走，并且PMMA還起到對反應(yīng)產(chǎn)物-石墨烯的機械支撐作用；把上述材料放在中溫管式爐中，以H2為載氣，N2為保護氣體，用化學(xué)氣相沉積法得到石墨烯的層狀薄膜(6);把上述步驟制得的層狀薄膜(6)浸于丙酮溶液中，45°C低溫加熱，去除掉表面的PMMA，反復(fù)清洗后，室溫下晾干；用國內(nèi)首臺ZnO專用的M0CVD，以二乙鋅為鋅源，通入N2作為保護氣體和吹掃氣體、02作為反應(yīng)氣體，控制生長溫度為450-500°C，氣體流量控制在為13000sccm，反應(yīng)腔室壓力為10-20ton.，內(nèi)中外三圈的電流保持在均勻恒定的水平，從而得到致密性和透過率較佳的ZnO透明導(dǎo)電薄膜(7);通過光刻工藝、在一側(cè)的復(fù)合電極層上制備出P電極(8)，另一側(cè)的N-GaN層(3)上制備出N電極(9);使用PECVD在電極上沉積一層Si02保護層(10)后，再通過蝕刻使得P電極(8)和N電極(9)露出，完成石墨烯和ZnO復(fù)合透明電極的LED芯片的制作。
[0018]實施例3:如圖1所示，一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片，采用MOCVD法在Al2O3或GaN襯底上(I)依次生長氮化鎵緩沖層(2)、N-GaN層(3)、量子阱層(4)、P-GaN層(5)；在P-GaN層上涂覆一層光刻膠，再進行曝光、顯影，通過ICP (反應(yīng)離子蝕刻法)把P-GaN層的一側(cè)刻蝕到N-GaN層(3);首先將氧化石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料進行均勻混合，把其涂覆在襯底晶圓上，使氧化石墨烯可以在反應(yīng)爐中緊緊貼合在晶圓上，不被載氣或保護氣體吹走，并且PMMA還起到對反應(yīng)產(chǎn)物-石墨烯的機械支撐作用；把上述材料放在中溫管式爐中，以H2為載氣，N2為保護氣體，用化學(xué)氣相沉積法得到石墨烯的層狀薄膜
(6);把上述步驟制得的層狀薄膜(6)浸于丙酮溶液中，45°C低溫加熱，去除掉表面的PMMA，反復(fù)清洗后，室溫下晾干；采用USP法，以乙酸鋅作為鋅源，乙醇作為溶劑，把反應(yīng)生成的0.1-lmol/L濃度的金屬鹽溶液在腔室中進行霧化后噴入高溫區(qū)，控制溫度在500-650°C左右，從而在上述晶圓上得到一層ZnO導(dǎo)電薄膜(7);通過光刻工藝、在一側(cè)的復(fù)合電極層上制備出P電極(8)，另一側(cè)的N-GaN層(3)上制備出N電極(9);使用PECVD在電極上沉積一層Si02保護層(10)后，再通過蝕刻使得P電極(8)和N電極(9)露出，完成石墨烯和ZnO復(fù)合透明電極的LED芯片的制作。
[0019]實施例4:如圖1所示，一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片，采用MOCVD法在Al2O3或GaN襯底上(I)依次生長氮化鎵緩沖層(2)、N-GaN層(3)、量子阱層(4)、P-GaN層(5)；在P-GaN層上涂覆一層光刻膠，再進行曝光、顯影，通過ICP (反應(yīng)離子蝕刻法)把P-GaN層的一側(cè)刻蝕到N-GaN層(3);首先將石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料進行均勻混合，把其涂覆在襯底晶圓上，使石墨烯可以在反應(yīng)爐中緊緊貼合在晶圓上，不被載氣或保護氣體吹走，并且PMMA還起到對反應(yīng)產(chǎn)物-石墨烯的機械支撐作用；把上述材料放在中溫管式爐中，以H2為載氣，N2為保護氣體，用化學(xué)氣相沉積法得到石墨烯的層狀薄膜(6);把上述步驟制得的層狀薄膜(6)浸于丙酮溶液中，45°C低溫加熱，去除掉表面的PMMA，反復(fù)清洗后，室溫下晾干；采用USP法，以乙酸鋅作為鋅源，乙醇作為溶劑，把反應(yīng)生成的0.1-lmol/L濃度的金屬鹽溶液在腔室中進行霧化后噴入高溫區(qū)，控制溫度在500-650°C左右，從而在上述晶圓上得到一層ZnO導(dǎo)電薄膜(7);通過光刻工藝、在一側(cè)的復(fù)合電極層上制備出P電極
(8)，另一側(cè)的N-GaN層(3)上制備出N電極(9);使用PECVD在電極上沉積一層Si02保護層(10 )后，再通過蝕刻使得P電極(8 )和N電極(9 )露出，完成石墨烯和ZnO復(fù)合透明電極的LED芯片的制作。
[0020]上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和最佳實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片，包括依次生長在襯底上的氮化鎵緩沖層、N-GaN層、量子阱層、P-GaN層和復(fù)合透明電極層，其特征在于:所述的N-GaN層上制作有η型電極，復(fù)合透明電極層上制作有P型電極，所述η型電極、P型電極外側(cè)的芯片表面沉積有Si02保護層，所述的復(fù)合透明電極層由石墨烯層狀薄膜和生長在石墨烯層狀薄膜上的ZnO透明導(dǎo)電薄膜復(fù)合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型復(fù)合透明電極的LED芯片，其特征在于:所述的Si02保護層包覆在η型電極、P型電極外側(cè)，且Si02保護層經(jīng)蝕刻暴露出η型電極和ρ型電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型復(fù)合透明電極的LED芯片，其特征在于:所述的石墨烯層狀薄膜厚度為2?200nm，ZnO透明導(dǎo)電薄膜厚度為100_300nm。
4.一種新型復(fù)合透明電極的LED芯片的制作方法，包括如下步驟: A、采用MOCVD技術(shù)在藍寶石襯底上依次生長氮化鎵緩沖層、N-GaN層、量子阱層和P-GaN 層; B、在P-GaN層涂覆一層光刻膠，再進行曝光、顯影，在一側(cè)通過ICP法刻蝕到N-GaN的臺面； C、在P-GaN層上制作有復(fù)合透明電極層(TCL)，復(fù)合透明電極層由石墨烯的層狀薄膜和ZnO透明導(dǎo)電薄膜復(fù)合而成； D、通過光刻工藝，在一側(cè)的復(fù)合透明電極層上得到P電極，另一側(cè)的N-GaN層上得到N電極； E、使用PECVD在電極上沉積一層S12保護層后，再通過蝕刻使得P電極和N電極露出，完成LED芯片的制作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型復(fù)合透明電極的LED芯片的制作方法，其特征在于:所述步驟C中，復(fù)合透明電極層的制作方法包含如下步驟: Cl、首先將石墨烯或氧化石墨烯中的一種材料和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )材料進行均勻混合，把混合材料涂覆在芯片晶圓上； C2、把涂覆有混合材料的芯片晶圓放在中溫管式爐中，以H2為載氣、N2為保護氣體，用化學(xué)氣相沉積法(CVD)得到石墨烯層狀薄膜； C3、把上述步驟制得的石墨烯層狀薄膜浸于丙酮溶液中，低溫加熱，去除掉表面的PMMA,反復(fù)清洗后,室溫下晾干； C4、用USP法或MOCVD法在層狀薄膜上生長一層ZnO透明導(dǎo)電薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型復(fù)合透明電極的LED芯片的制作方法，其特征在于:所述的步驟Cl中，PMMA是通過超聲法實現(xiàn)與石墨烯或氧化石墨烯均勻混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型復(fù)合透明電極的LED芯片的制作方法，其特征在于:所述的步驟C3中，層狀薄膜反復(fù)清洗的方法是采用丙酮、異丙醇和去離子水進行反復(fù)清洗。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型復(fù)合透明電極的LED芯片的制作方法，其特征在于:所述的步驟C4中，ZnO透明導(dǎo)電薄膜的制作方法是以二乙鋅為鋅源，通入N2作為保護氣體和吹掃氣體、O2作為反應(yīng)氣體，控制生長溫度為450-500°C，氣體流量控制為10000-15000sccm,反應(yīng)腔室壓力為 10_20torr。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型復(fù)合透明電極的LED芯片的制作方法，其特征在于:所述的步驟C4中，ZnO透明導(dǎo)電薄膜的制作方法是采用USP法，以乙酸鋅作為鋅源，乙醇作為溶劑，把反應(yīng)生成的金屬鹽溶液在腔室中進行霧化后噴入高溫區(qū)，控制溫度在500-650 V左右，從而在芯片晶圓上得到一層ZnO導(dǎo)電薄膜。
【文檔編號】H01L33/00GK104319320SQ201410596827
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】李方芳, 郝銳, 王波, 羅長得, 易翰翔, 劉洋, 許德裕 申請人:廣東德力光電有限公司