[發明專利]一種氧化鋅基透明電極結構GaN基LED芯片及其制作方法

在審

• 申請號: 201610015568.X
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105720150A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 裴艷麗;王鋼;林家勇
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/42;H01L33/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及氧化鋅基透明導電薄膜制備及GaN基LED芯片，屬于半導體材料與半導體光電器件技術領域。

背景技術

氮化鎵發光二極管（GaN-LED）是固態照明的核心器件，目前，GaN-LED芯片以高功率、高亮度、高集成度小尺寸產品為發展重點，這對芯片的光萃取效率要求越來越高，但是目前主流LED芯片限于平面V型電極圖形等因素，無法有效利用太多反射、折射的光線，因此，使用具有大的臨界出光角度，高可見光透過率、高可靠性的透明電極（TCL）是LED提高光萃取效率的有效途徑。目前廣泛應用并且已經產業化的是氧化銦錫（ITO）透明電極，具有良好的電導率和高的可見光透過率。但是其主要缺點是材料中含有貴金屬In,大大增加了材料成本，且屬稀缺資源，儲量有限，將制約LED產業的可持續性發展。因此，開發下一代透明電極技術是LED產業可持續性發展的戰略需求。

氧化鋅基透明導電薄膜具有可以和ITO相媲美的高透過率和高電導率，尤其是氧化鋅與GaN半導體材料具有近乎完美的晶格匹配，刻蝕不需要強酸強堿對環境友好，無毒，資源豐富等優勢。在此背景下，以氧化鋅為代表的第三代透明導電薄膜成為未來透明導電薄膜和產業化發展的趨勢。

目前，氧化鋅基透明導電薄膜的制備多采用濺射技術(如中國專利CN102034901A、CN103422057A、CN103526169A、CN101692357A)，薄膜的致密性和結晶質量差，與p型GaN的接觸界面不可控，歐姆接觸難于形成，接觸電阻高，尚未在LED芯片產業上應用。金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)由于具有可量產性，可外延生長半導體薄膜，結晶質量高，生長模式和界面可控，與現有的LED工藝兼容等優勢，是制備高質量氧化鋅基透明導電薄膜的有效手段。

目前，MOCVD法制備氧化鋅基透明導電薄膜多應用于薄膜太陽能電池，側重于絨面結構ZnO薄膜的生長（如中國專利CN102168256A、CN102191487A、CN103413869A），摻雜元素多為B，電阻率一般在1×10^-3～2×10^-3Ωcm²范圍，遠遠低于目前LED芯片廣泛使用的ITO透明電極材料。CN10270723A、CN102051593A、CN102251277A等專利公開了LED芯片用的ZnO基透明導電薄膜的MOCVD法制備方法，其采用高純氧作為氧源，生長溫度為500-550度。由于生長溫度高，提高了對設備的要求。高生長溫度，高純氧的使用也大大增加了工藝成本。

綜上所述，考慮到氧化鋅透明電極在GaN-LED芯片領域的大規模應用，急需開發一種適用于GaN-LED芯片的氧化鋅透明電極的低溫低成本MOCVD制備技術。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種氧化鋅基透明電極結構GaN基LED芯片及其制作方法，本發明的GaN基LED芯片具有低工作電壓、高光效和低成本的優點。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種氧化鋅基透明電極結構GaN基LED芯片，其中，包括藍寶石襯底、緩沖層、n型氮化鎵層,多層量子阱活性發光層、p型GaN層、形成于p型GaN層之上的重摻接觸層，形成于重摻接觸層之上的氧化鋅基透明電極、形成于所述透明電極之上的p電極、形成于n型GaN層之上的n電極。

具體的，所述的氧化鋅基透明電極為采用MOCVD方法低溫低成本外延生長的高透低阻透明導電薄膜，其為c軸擇優取向的閃鋅礦結構多晶薄膜，厚度為100-300nm；與p型GaN層之間形成晶格匹配度高的類外延接觸界面。

所述的氧化鋅基透明導電薄膜的摻雜源為鋁、鎵、或者銦中的至少一種，摻雜原子與鋅的原子比為1%-10%。

所述的氧化鋅基透明電極的MOCVD外延生長溫度在300-450度。

所述的氧化鋅基透明電極的MOCVD外延生長采用廉價的去離子水作為氧源。

本發明采用MOCVD技術低溫外延氧化鋅基透明導電薄膜，具有高透過率、高電導率、高結晶質量、與p-GaN界面為類外延接觸界面的特征。

一種氧化鋅基透明電極結構GaN基LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.GaN基LED外延片的表面進行酸堿化學清洗，有效地清除表面會導致材料生長缺陷的不潔物質；

S2.以純度為99.995%的二乙基鋅為鋅源，去離子水為氧源，三甲基鋁、三甲基銦、三乙基鎵至少一種為摻雜源，利用MOCVD技術，在GaN基LED外延片上外延生長氧化鋅基透明導電薄膜。