[發明專利]透明電極發光二極管及其制作方法

無效

• 申請號: 201010102725.3
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101789479A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 王書方;張建華
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L33/42
• 分類號: H01L33/42;H01L33/38
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種透明電極發光二極管及其制作方法，該發明通過磁控濺射沉積氧化鋅透明導電薄膜，熱蒸發或者電子束蒸發沉積金屬電極制備大功率LED芯片。氧化鋅透明導電層圖形是通過濕法刻蝕的方法實現的，而外延層的刻蝕是用ICP干法刻蝕完成的。這種工藝方法簡便，易操作，成本更低更省時。氧化鋅電極提高LED光提取效率，可靠性更高、更好。

背景技術

發光二極管(LED)與其他一些光源相比，具有壽命長、可靠性高、體積小、功耗低、響應速度快、易于調制和集成等優點，已被廣泛應用于信息顯示、圖象處理、辦公自動化、消費電子產品和各類指示光源，發展成現代光電子器件的一個重要分支。

理論上LED的發光效能可以高達200lm/W以上，而現有的白光LED則只有100lm/W左右，與節能型熒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。因此如何盡快把LED的優勢真正發揮出來也就成為現在相關從業人員所必須要面對的技術難題。

目前，大功率LED透明電極主要采用氧化銦錫(ITO)。ITO具有導電、透明的特性，但是因為銦資源緊缺，其價格不斷上漲。所以，尋求一種可以替代ITO的透明電極材料成為業界急需解決的問題。ZnO是一種重要的化合物半導體光電材料，因為它具有良好的物理特性：直接禁帶能帶結構、室溫禁帶寬度3.3eV、激子束能量60meV，且ZnO資源豐富、熱穩定性好，且完全無毒的，對人體無害。通過III族、V族元素摻雜，其具有較好的導電性，在可見光波段透過率大于85％。用無毒、廉價的ZnO代替有毒的ITO做LED電極，不但在一定程度上降低LED的成本，還減少了對人類的健康的危害，真正做到綠色照明。氧化鋅電極應用于LED的課題研究，國外部分高校和研究單位已經有所嘗試，并取得了初步成果。而要更高亮度、更穩定的器件，實現低成本、產業化還有一段路要走。氧化鋅與氮化鎵晶格較匹配，同時可通過摻雜獲得高的導電性，可見光波段透過率高，其作為透明電極應用于LED具有深遠的意義。因此，如何開發廉價、簡易的工藝，做出高質量的LED芯片成為問題的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種透明電極發光二極管及其制作方法。本發光二極管芯片(LED)提高了大功率發光二極管的出光效率，增加p型半導體層電流擴散的均勻性。同時，氧化鋅薄膜制備工藝簡單，容易刻蝕，節約了成本和時間。

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、資源豐富的氧化鋅作為電極；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，本發明采用下述技術方案：

一種透明電極發光二極管，包括藍寶石襯底、緩沖層、本征層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化鎵、透明電極、n型金屬電極(PAD)、p型金屬電極(PAD)。其特征在于緩沖層、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。

所述透明電極是氧化鋅基透明導電薄膜，可以是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In；

所述透明電極發光二極管，其特征在于所述的n型金屬電極(PAD)是金屬復合電極，該復合電極是Ti/Al或Cr/Pt/Au復合電極。

所述透明電極發光二極管，其特征在于所述的n型金屬電極(PAD)是具有如下特定形狀：四周方框形。

所述透明電極發光二極管，其特征在于所述的p型金屬電極(PAD)是金屬復合電極，該復合電極是Ni/Au或Cr/Pt/Au復合電極；

所述透明電極發光二極管，其特征在于所述的p型金屬電極(PAD)是具有如下特定形狀的：呈方框帶對角線形狀，打線點位于中央對角線交叉處。

上述的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。

一種制造上述透明電極發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)用濕法腐蝕的方法刻蝕出所需的氧化鋅透明導電薄膜圖形；

6)通過ICP干法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，制備出所需芯片結構；

7)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；