[發明專利]ITO/氧化鋅基復合透明電極發光二極管及其制備方法

無效

• 申請號: 201110075579.4
• 申請日: 2011-03-29
• 公開（公告）號: CN102169943A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 王萬晶;張建華;李喜峰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L33/42
• 分類號: H01L33/42;H01L33/00
• 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

本發明涉及一種發光二極管芯片及其制備方法，特別是一種ITO/氧化鋅基復合透明電極發光二極管及其制作方法。

背景技術

理論上LED的發光效能可以高達200lm/W以上，而現在的白光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。提高LED的發光效率主要有兩種途徑: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芯片的外量子效率是提高LED總發光效率的關鍵。而傳統結構的GaNg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芯片發熱也影響著大功率LED的質量和壽命。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，促使LED在照明領域中的應用，有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種ITO/氧化鋅基復合透明電極發光二極管芯片及其制造方法，本發光二極管芯片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。

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，提高采用透過率高、摻雜導電性好、資源豐富的氧化鋅做為電流擴展層，為了氧化鋅電流擴展與p型氮化鎵表面形成良好的歐姆接觸，在p型氮化鎵表面濺射氧化鋅薄膜前先蒸鍍一層ITO薄膜，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展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ITO/氧化鋅基復合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型金屬電極連接n型氮化鎵、p型金屬電極連接透明電極,其中緩沖層、本征層、n型氮化鎵、量子阱、p型氮化鎵是在MOCVD中依次生長完畢；所述透明電極是ITO/氧化鋅基透明導電薄膜，其中ITO透明導電薄膜的材質是Sn₂O₃:In₂O₃=1:9的銦錫氧化物，氧化鋅基透明導電薄膜的材質是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In；所述n型金屬電極是金屬復合電極，材質是Ti/Al或Cr/Pt/Au；所述p型金屬電極是金屬復合電極，材質是Ni/Au或Cr/Pt/Au。

上述的p型金屬電極具有特殊形狀:?為正十字架形，此種形狀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。

一種制造ITO/氧化鋅基復合透明電極發光二極管的制作方法，其工藝步驟如下：

a.???????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；

b.??????對外延片進行鎂激活退火處理；

c.???????使用化學試劑對外延片進行表面處理，其化學試劑是KOH或者HCl或者王水；

d.??????通過電子束蒸發或磁控濺射和磁控濺射分別沉積ITO透明導電薄膜和氧化鋅透明導電薄膜,形成ITO/氧化鋅基復合電極；

e.???????用濕法腐蝕的方法刻蝕出所設計的氧化鋅透明導電薄膜圖形；

f.????????通過氬離子刻蝕或ICP干法刻蝕將n型氮化鎵暴露出來，制備出所需芯片結構；

g.???????對外延片進行退火處理，一方面降低ITO薄膜層與氮化鎵表面層以及ITO薄膜層和氧化鋅基薄膜層以及之間的接觸電阻，一方面修復刻蝕損傷；