[發(fā)明專利]一種氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管及其制作方法

有效

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• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101771119A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王書方;張建華
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/42;H01L33/38
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管及其制造方法，該發(fā)明顛倒常規(guī)的LED芯 片工藝，先進行氮化鎵外延層刻蝕，后通過磁控濺射沉積氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，熱蒸發(fā)或者 電子束蒸發(fā)沉積金屬電極制備大功率LED芯片。該工藝方法，克服了氧化鋅與氮化鎵不同材 料需分別刻蝕的問題。而且由于無須刻蝕氧化鋅電極層，節(jié)約了工藝時間，簡化了生產(chǎn)工藝， 提高了生產(chǎn)效率。

背景技術(shù)

近年來，以GaN為代表的III族氮化物的發(fā)展異常迅速，成為半導(dǎo)體領(lǐng)域研究和開發(fā)的新 熱點。發(fā)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(yīng)速度快、易于調(diào)制和集成等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于信息顯示、圖象處理、辦公自動化、消 費電子產(chǎn)品和各類指示光源，發(fā)展成現(xiàn)代光電子器件的一個重要分支。

理論上LED的發(fā)光效能可以高達(dá)200lm/W以上，而現(xiàn)有的白光LED則只有100lm/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(nèi)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(nèi)量子發(fā)光效率已經(jīng)有非常大的改善，最高已經(jīng)達(dá)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(guān)鍵。而傳統(tǒng) 結(jié)構(gòu)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(zhì)量和使用壽命。

用透明電極取代Ni/Au是提高LED芯片出光效率行之有效的方法。目前，市場上主流的 透明電極是氧化銦錫(ITO)。GaN基白光LED中用ITO替代Ni/Au作為P型電極芯片的亮度 要比采用通用電極的芯片高20％-30％。但是，隨著液晶顯示器和LED等電子行業(yè)的發(fā)展， ITO的需求量越來越大；而ITO的主要元素銦存量卻越來越少，導(dǎo)致ITO價格較高。因此， 人們急需一種可以替代ITO做透明導(dǎo)電薄膜的材料。氧化鋅材料具有和ITO相比擬的優(yōu)越性： 透明、導(dǎo)電、易刻蝕等，且與GaN晶格失配較小，資源豐富，價格低廉，制備容易。有研究 表明采用ZnO透明電極的發(fā)光二極管比采用金屬和ITO電極的二極管在出光效率上可以分別 提高80％和30％。因此，氧化鋅電極成為最有希望代替ITO的透明導(dǎo)電材料之一。

傳統(tǒng)LED芯片工藝流程是先鍍透明電極層，再進行透明電極圖形光刻。該工藝復(fù)雜，耗 時長。如果采用先干法刻蝕外延層再進行透明電極沉積，將極大的簡化工藝流程，提高生產(chǎn) 率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管及 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，簡化了生產(chǎn)工 藝，提高了生產(chǎn)效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：針對當(dāng)前LED存在的銦資源緊缺、銦的有毒性、工 藝復(fù)雜等問題，提出采用透過率高、摻雜導(dǎo)電性好、資源豐富的氧化鋅作為電流擴展層，同 時通過工藝優(yōu)化，即先進行外延片的干法刻蝕再沉積透明電極，解決了氧化鋅電極應(yīng)用于LED 的工藝集成問題。

根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種氧化鋅基透明電極發(fā)光二極管，包括藍(lán)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)。其特征在于所述 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(dǎo)電薄膜，材質(zhì)是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In；所述n型金屬電極(PAD) 是金屬復(fù)合電極，該金屬復(fù)合電極是Ti/Al或Cr/Pt/Au復(fù)合電極；所述n型金屬電極(PAD) 是具有如下特定形狀：處于芯片對角上的圓臺柱形；所述p型金屬電極(PAD)是金屬復(fù)合電極， 該金屬復(fù)合電極是Ni/Au或Cr/Pt/Au復(fù)合電極；所述p型金屬電極(PAD)是具有如下特定形 狀的：為小圓臺形，或呈對角線分布的多交叉枝形，或呈對角線分布的工字形。上述的透明 電極是氧化鋅基透明導(dǎo)電薄膜，材質(zhì)是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In。

一種用于制作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；