[發明專利]采用復合透明導電層的發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201310750549.8
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103730558B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 王兵;伊曉燕;孔慶峰;劉志強;王軍喜;王國宏;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/42
• 分類號: H01L33/42;H01L33/14;H01L33/44;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及半導體光電子器件技術領域，尤其涉及一種采用復合透明導電層的發光二極管及其制備方法。

背景技術

LED產業屬于半導體相關的高科技產業，處于上游的芯片往往是整個產業的關鍵，這不僅僅體現在上游芯片的性能和價格決定了中下游產品的性能和價格，還體現在芯片供應商往往控制著整個產業的專利及標準。LED芯片的性能很大程度上決定了整個產品的性能。

氮化鎵基III-V族半導體已成為一個充滿希望的光源材料。氮化鎵基發光二極管(LED)正在迅速擴大應用領域，特別是需要超高亮度的領域，如大尺寸屏幕的背光單元和取代傳統熒光燈和白熾燈泡的固態照明系統。

目前，LED透明電極材料主要采用氧化銦錫(ITO)，但由于In為稀有金屬，價格昂貴而且有毒性，因此尋找一種物美價廉的透明電極材料取代ITO一直備受關注。氧化鋅(ZnO)是一種II-VI族的化合物半導體，對于可見光具有很高的透過率，通過III族元素摻雜，ZnO可以實現較低的電阻率；同時，ZnO與GaN晶格較匹配，自然界儲量豐富，具有成本低、無毒、在氫等離子體環境下相對穩定等優良特性，是極佳的GaN基LED的電極材料。

中國專利CN 102142496A和中國專利CN 102169943A均報道了ITO/氧化鋅基復合透明導電層的技術方案。該復合透明導電層的熱穩定性好，并且能夠與P型GaN可形成良好的歐姆接觸。然而，在制備GaN器件的工藝中，在生成ITO/氧化鋅基復合透明導電層之后，還需要對GaN基器件進行光刻處理，并蒸鍍金屬電極。

圖1A為采用現有技術制備的ITO/氧化鋅基復合透明電極在光刻過程中去除光刻膠后的顯微鏡照片。圖1B為采用現有技術制備的GaN器件在蒸鍍金屬電極后的顯微鏡照片。由圖1A和圖1B可以看出，由于ZnO材料抗腐蝕能力較差，制備的ITO/氧化鋅基復合透明導電層在光刻去膠的過程中被腐蝕掉大部分，不能完整覆蓋芯片表面。并且由于前期的ITO/氧化鋅基復合透明導電層受到了破壞，其并未按照預期形成電極。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種采用復合透明導電層的發光二極管及其制備方法，以提高透明導電層的抗腐蝕能力，進而提高整個發光二極管器件的合格率。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種采用復合透明導電層的發光二極管。該發光二極包括：襯底；依次沉積于襯底上的緩沖層、n型GaN層、多量子阱層、p型AlGaN層和p型GaN層，其中，該發光二極管一側的p型GaN層、p型AlGaN層、多量子阱和部分的n型GaN層被刻蝕形成臺階；p型復合透明導電層，形成于發光二極管未經刻蝕一側的p型GaN層上，自下而上依次包括：ITO透明接觸層、ZnO基電流擴展層、ITO導光層；p型金屬電極層和n型金屬電極層，分別形成于發光二極管未經刻蝕一側的ITO導光層上和發光二極管被刻蝕一側的臺階上。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種上述發光二極管的制備方法。該制備方法包括：步驟A，在襯底上依次逐層生長GaN緩沖層、n型GaN層、多量子阱、p型AlGaN層，p型GaN層，退火得到GaN外延片；步驟B：在外延片上沉積ITO透明接觸層、ZnO基電流擴展層和ITO導光層；步驟C，在GaN外延片上旋涂光刻膠，采用臺面板光刻出芯片，在每個芯片上刻蝕臺面，形成臺階，去除臺面上未刻蝕部分殘留的光刻膠，采用電極板在ITO導光層和n型GaN層上光刻出電極圖形；以及步驟D，在電極圖形沉積電極金屬，剝離掉臺面上電極圖形以外區域的光刻膠，形成n型金屬電極層和p型金屬電極層，完成發光二極管的制備。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明采用復合透明導電層的發光二極管及其制備方法利用了現有技術來改善歐姆接觸，在此基礎上增加的ITO導光層一方面很好的保證了工藝兼容性，另一方面通過ZnO和ITO之間的折射率漸變來增加出光，提高了發光二極管的性能。

附圖說明

圖1A為采用現有技術制備的ITO/氧化鋅基復合透明電極在光刻過程中去除光刻膠后的顯微鏡照片；

圖1B為采用現有技術制備的應用ITO/氧化鋅基復合透明電極的GaN器件在蒸鍍金屬電極后的顯微鏡照片；

圖2為根據本發明實施例采用復合透明導電層發光二極管的剖面示意圖；

圖3為根據本發明實施例采用復合透明導電層發光二極管制備方法的流程圖；

圖4為在執行本發明實施例方法過程中制備的ZnO薄膜的X射線衍射曲線；