[發(fā)明專利]具有氧化鋅基透明導(dǎo)電層的紫外發(fā)光二極管及其制備方法

無效

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• 申請(qǐng)日: 2012-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN102983240A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雄;王書昶;崔一平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/14
• 分類號(hào): H01L33/14;H01L33/22;H01L33/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)光二極管(LED，Light?Emitting?Diode)芯片技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有ZnO基透明導(dǎo)電層的紫外LED芯片及其制備方法。

背景技術(shù)

LED作為新型高效的固態(tài)光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小、低電壓等顯著優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。其中，波長(zhǎng)在210~360nm的紫外LED以其較高的調(diào)制頻率、低噪聲、環(huán)保和高效的殺菌潛力等優(yōu)點(diǎn)，在空氣凈化、生物醫(yī)療、信息安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力。

紫外LED芯片要求電流擴(kuò)散層具有較高的紫外光透過率(T>80%)和較低的電阻率(ρ<10-4Ω·cm)。現(xiàn)在已經(jīng)普遍使用并且商業(yè)化的電流擴(kuò)散層是氧化銦錫（ITO）。而為了滿足電流擴(kuò)散層低電阻率的要求，ITO的厚度一般大于200nm。由于厚度較大，因此制備過程中需要使用大量的ITO材料。ITO在可見光區(qū)域具有極高的透光率，一般可以達(dá)到90%以上，但是由于ITO的禁帶寬度為3.5~4eV，能夠吸收紫外光，因此ITO在紫外區(qū)域的透光率較低，大大降低了紫外LED的出光效率。ITO還有其它的缺點(diǎn)，比如ITO的原材料價(jià)格昂貴，銦錫礦產(chǎn)資源相對(duì)短缺、不耐腐蝕等。而且從環(huán)保角度考慮，銦作為一種有毒材料，大量使用會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。隨著銦、錫原材料價(jià)格的不斷上漲，人們開始轉(zhuǎn)向?qū)ふ夷軌蛱娲鶬TO的透明導(dǎo)電薄膜材料。其中，基于ZnO的透明導(dǎo)電薄膜由于資源豐富、價(jià)格低廉、且不會(huì)污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而引起關(guān)注。

隨著工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)有了很大的改善，最高可以達(dá)到85%左右，可以提升的空間已經(jīng)較小，而LED的光提取效率卻依然很低。就紫外LED而言，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)發(fā)光波長(zhǎng)小于300nm時(shí)，光提取效率只有百分之幾，因此提升的空間很大。LED光提取效率很低的主要原因是光在半導(dǎo)體材料與空氣界面處發(fā)生的全內(nèi)反射現(xiàn)象。全內(nèi)反射對(duì)LED?芯片的性能至少有兩方面的不利影響：一方面降低了LED?芯片的光提取效率，另一方面由于全反射的光被LED?芯片吸收導(dǎo)致芯片發(fā)熱，對(duì)芯片的壽命也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，提高紫外LED芯片的光提取效率是提高紫外LED總發(fā)光效率的關(guān)鍵。目前提高LED光提取效率的方法主要有：圖形化襯底技術(shù)、金屬膜背鍍反射技術(shù)、表面微結(jié)構(gòu)技術(shù)、倒裝芯片技術(shù)等。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有紫外LED結(jié)構(gòu)及制備技術(shù)的不足，提供一種電流擴(kuò)散更加均勻，對(duì)紫外光近乎透明，因而具有較高光提取效率的具有ZnO基透明導(dǎo)電層的紫外發(fā)光二極管。本發(fā)明還提供了一種上述紫外發(fā)光二極管的制備方法，可極大地降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)方案：本發(fā)明的具有氧化鋅基透明導(dǎo)電層的紫外發(fā)光二極管芯片，包括從下至上依次連接的藍(lán)寶石襯底、氮化鋁緩沖層、n型鋁鎵氮層、鋁鎵氮多量子阱有源層、p型鋁鎵氮電子阻擋層、p型氮化鎵層、氧化鋅基透明導(dǎo)電層，在氧化鋅基透明導(dǎo)電層上的p型金屬電極，n型鋁鎵氮層上表面的一部分區(qū)域與鋁鎵氮多量子阱有源層的下表面連接，未與鋁鎵氮多量子阱有源層連接的區(qū)域設(shè)置有一個(gè)n型金屬電極。

本發(fā)明中，氧化鋅基透明導(dǎo)電層可以是采用脈沖激光沉積法制備的。

本發(fā)明中，氧化鋅基透明導(dǎo)電層可以由ZnO、MgO、Al₂O₃按照Al₂O₃的摩爾百分比含量為2%~8%，MgO的摩爾百分比含量為1%~30%，余量為ZnO的配比混合而成。

本發(fā)明中，氧化鋅基透明導(dǎo)電層的表面進(jìn)行了粗化處理。

本發(fā)明中，氮化鋁緩沖層、n型鋁鎵氮層、鋁鎵氮多量子阱層、p型鋁鎵氮電子阻擋層和p型氮化鎵層均采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)完成。

本發(fā)明同時(shí)提供了上述具有氧化鋅基透明導(dǎo)電層的紫外發(fā)光二極管芯片的制備方法，包括如下工藝步驟：

1）首先進(jìn)行材料生長(zhǎng)：利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)工藝，在藍(lán)寶石襯底上，依次生長(zhǎng)氮化鋁緩沖層、Si摻雜的n型鋁鎵氮層、鋁鎵氮多量子阱有源層、Mg摻雜的p型鋁鎵氮電子阻擋層、Mg摻雜的p型氮化鎵層，然后采用脈沖激光沉積法在p型氮化鎵層上面生長(zhǎng)氧化鋅基透明導(dǎo)電層；

2）然后在步驟1）得到產(chǎn)物的基礎(chǔ)上進(jìn)行器件制作，具體步驟為：

a）采用電感耦合等離子體刻蝕工藝，在部分區(qū)域從氧化鋅基透明導(dǎo)電層刻蝕到n型鋁鎵氮層，形成n型鋁鎵氮臺(tái)面；

b）采用電感耦合等離子體刻蝕工藝對(duì)氧化鋅基透明導(dǎo)電層進(jìn)行刻蝕，形成粗化的氧化鋅基電流擴(kuò)散層；