专利名称：透明电极发光二极管及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透明电极发光二极管及其制作方法，该发明通过磁控溅射沉积氧 化锌透明导电薄膜，热蒸发或者电子束蒸发沉积金属电极制备大功率LED芯片。氧化锌透 明导电层图形是通过湿法刻蚀的方法实现的，而外延层的刻蚀是用ICP干法刻蚀完成的。 这种工艺方法简便，易操作，成本更低更省时。氧化锌电极提高LED光提取效率，可靠性更 高、更好。
背景技术：
发光二极管(LED)与其他一些光源相比，具有寿命长、可靠性高、体积小、功耗低、
响应速度快、易于调制和集成等优点，已被广泛应用于信息显示、图象处理、办公自动化、消
费电子产品和各类指示光源，发展成现代光电子器件的一个重要分支。 理论上LED的发光效能可以高达2001m/W以上，而现有的白光LED则只有1001m/
W左右，与节能型荧光灯相比还有一定差距；而且其价格与传统光源相比也有很大的劣势。
因此如何尽快把LED的优势真正发挥出来也就成为现在相关从业人员所必须要面对的技
术难题。 目前，大功率LED透明电极主要采用氧化铟锡(ITO)。 IT0具有导电、透明的特性， 但是因为铟资源紧缺，其价格不断上涨。所以，寻求一种可以替代ITO的透明电极材料成为 业界急需解决的问题。ZnO是一种重要的化合物半导体光电材料，因为它具有良好的物理特 性直接禁带能带结构、室温禁带宽度3. 3eV、激子束能量60meV，且ZnO资源丰富、热稳定性 好，且完全无毒的，对人体无害。通过III族、V族元素掺杂，其具有较好的导电性，在可见 光波段透过率大于85%。用无毒、廉价的ZnO代替有毒的ITO做LED电极，不但在一定程度 上降低LED的成本，还减少了对人类的健康的危害，真正做到绿色照明。氧化锌电极应用于 LED的课题研究，国外部分高校和研究单位已经有所尝试，并取得了初步成果。而要更高亮 度、更稳定的器件，实现低成本、产业化还有一段路要走。氧化锌与氮化镓晶格较匹配，同时 可通过掺杂获得高的导电性，可见光波段透过率高，其作为透明电极应用于LED具有深远 的意义。因此，如何开发廉价、简易的工艺，做出高质量的LED芯片成为问题的关键。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种透明电极发光二极管及其 制作方法。本发光二极管芯片(LED)提高了大功率发光二极管的出光效率，增加p型半导 体层电流扩散的均匀性。同时，氧化锌薄膜制备工艺简单，容易刻蚀，节约了成本和时间。
为达到上述目的，本发明的构思是针对当前LED存在的铟资源紧缺、铟的有毒 性、工艺复杂等问题，提出采用透过率高、掺杂导电性好、资源丰富的氧化锌作为电极；同时 通过设计特定形状的P型金属电极极大的提高了 P型半导体层的电流扩散均匀性，从而提 高LED光效和可靠性。 根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案
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—种透明电极发光二极管，包括蓝宝石衬底、缓冲层、本征层、n型氮化镓、量子阱、 P型氮化镓、透明电极、n型金属电极(PAD) 、p型金属电极(PAD)。其特征在于缓冲层、本征 层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓是在M0CVD中依次生长完毕。所述透明电极是氧化锌基透明导电薄膜，可以是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In ;
所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的n型金属电极(PAD)是金属复合电 极，该复合电极是Ti/Al或Cr/Pt/Au复合电极。 所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的n型金属电极(PAD)是具有如下特 定形状四周方框形。 所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的p型金属电极(PAD)是金属复合电 极，该复合电极是Ni/Au或Cr/Pt/Au复合电极； 所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的p型金属电极(PAD)是具有如下特 定形状的呈方框带对角线形状，打线点位于中央对角线交叉处。 上述的透明电极是氧化锌基透明导电薄膜，材质是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In。
—种制造上述透明电极发光二极管的制作方法，其特征在于工艺步骤如下
1)用M0CVD的方法在衬底上依次缓冲层、本征层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化 镓； 2)对外延片进行镁激活退火处理； 3)使用NaOH或者HF或者王水等化学试剂对外延片进行表面处理； 4)通过磁控溅射方法，沉积氧化锌透明导电薄膜； 5)用湿法腐蚀的方法刻蚀出所需的氧化锌透明导电薄膜图形； 6)通过ICP干法刻蚀将n型氮化镓暴露出来，制备出所需芯片结构； 7)对外延片进行退火处理，一方面降低氧化锌与氮化镓之间的接触电阻，一方面
修复刻蚀损伤； 8)通过热蒸发或电子束蒸发的方法沉积n型金属电极(PAD)，
9)通过热蒸发或电子束蒸发的方法沉积p型金属电极(PAD);
10)再次退火处理，进行金属电极的合金化；
11)分割外延片。 本发明的透明电极发光二极管与传统镍金电极和掺锡氧化铟电极相比具有显而 易见的优势透过率增加，制备工艺简单，成本低廉，P型半导体层电流扩散更均匀。效率的 提高、可靠性的提高和成本的降低都将推动LED照明的步伐。
图1是本发明所使用LED外延片结构图
图2是具有透明电极的LED外延片结构图 图3是湿法刻蚀出氧化锌透明电极图形后的LED外延片结构图，其中(a)为主视 图，(b)为俯视图； 图4是刻蚀完全、暴露出n型氮化镓的芯片结构图，其中(a)为主视图，(b)为俯 视图； 图5是生长n型金属电极后的芯片结构图，其中(a)为主视图，(b)为俯视4
图6是生长p型金属电极后的芯片结构图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图；
具体实施例方式
本发明的优选实施例结合
如下 实施例一 参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，本透明电极发光二极管包括蓝宝 石衬底1、缓冲层2、本征层3、 n型氮化镓4、量子阱5、 p型氮化镓6、透明电极7、 n型金属 电极(PAD)8、p型金属电极(PAD)9。 实施例二 本实施例与实施例一基本相同，特别之处是所述透明电极7是氧化锌 基透明导电薄膜，可以是ZnO:Ga或ZnO:Al或ZnO:In ;所述n型金属电极(PAD)8是Ti/Al 或Cr/Pt/Au复合电极，该电极形状呈四周方框形。所述的p型金属电极(PAD)9是Ni/Au 或Cr/Pt/Au复合电极，该电极形状呈方框带对角线形状，打线点位于中央对角线交叉处。
实施例三本透明电极发光二极管芯片制造方法如下首先，用M0CVD的方法在衬 底上依次缓冲层2、本征层3、n型氮化镓4、量子阱5、p型氮化镓6 ;紧接着对外延片进行镁 激活退火处理；然后使用NaOH或者HF或者王水等化学试剂对外延片进行表面处理，通过磁 控溅射方法，沉积氧化锌透明导电薄膜7 ;用湿法腐蚀的方法，将氧化锌电极腐蚀出所需图 形，再通过ICP干法刻蚀将n型氮化镓暴露出来，并进行退火处理；通过热蒸发或电子束蒸 发的方法沉积n型金属电极(PAD) 8和p型金属电极(PAD) 9 ;最后，进行金属电极的合金化 退火处理并分割外延片。
权利要求
一种透明电极发光二极管，包括蓝宝石衬底(1)、缓冲层(2)、本征层(3)、n型氮化镓(4)、量子阱(5)、p型氮化镓(6)、透明电极(7)、n型金属电极(8)、p型金属电极(9)，其特征在于所述缓冲层(2)、本征层(3)、n型氮化镓(4)、量子阱(5)、p型氮化镓(6)是在MOCVD中依次生长完毕。
2. 根据权利要求l所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的透明电极(7)是氧化 锌基透明导电薄膜，材质是ZnO:Ga或ZnO:Al或Zn0: In。
3. 根据权利要求l所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的n型金属电极(8)是 金属复合电极，该复合电极是Ti/Al或Cr/Pt/Au复合电极。
4. 根据权利要求l所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的n型金属电极(8)是 具有如下特定形状四周方框形。
5. 根据权利要求l所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的p型金属电极(9)是 金属复合电极，该复合电极是Ni/Au或Cr/Pt/Au复合电极。
6. 根据权利要求l所述透明电极发光二极管，其特征在于所述的p型金属电极(9)是 具有如下特定形状的呈方框带对角线形状，打线点位于中央对角线交叉处。
7. —种制造根据权利1要求所述的透明电极发光二极管的制作方法，其特征在于工艺 步骤如下a. 用M0CVD的方法在衬底上依次缓冲层(2)、本征层(3) 、n型氮化镓(4)、量子阱(5)、 P型氮化镓(6);b. 对外延片进行镁激活退火处理；c. 使用化学试剂对外延片进行表面处理，其化学试剂是NaOH或者HF或者王水；d. 通过磁控溅射方法，沉积氧化锌透明导电薄膜(7);e. 用湿法腐蚀的方法刻蚀出所设计的氧化锌透明导电薄膜(7)图形；f. 通过ICP干法刻蚀将n型氮化镓暴露出来，制备出所需芯片结构；g. 对外延片进行退火处理，一方面降低氧化锌与氮化镓之间的接触电阻，一方面修复 刻蚀损伤；h. 通过热蒸发或电子束蒸发的方法沉积n型金属电极(8)i. 通过热蒸发或电子束蒸发的方法沉积P型金属电极(9); j.再次退火处理，进行金属电极的合金化；k.分割外延片。
全文摘要
本发明涉及一种透明电发光二极管及其制作方法。本发光二极管包括蓝宝石衬底、缓冲层、本征层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓、氧化锌基透明电流扩展层、n型金属电极(PAD)、p型金属电极(PAD)，其中缓冲层、本征层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓是在MOCVD中依次生长完毕；氧化锌基透明电流扩展层是利用磁控溅射方法沉积在p型氮化镓表面；用湿法刻蚀将氧化锌透明导电层腐蚀掉，再利用干法刻蚀将n型氮化镓暴露出来，利用热蒸发或电子束蒸发等薄膜沉积方法生长金属电极。氧化锌材料湿法腐蚀简单，彻底、快捷。氧化锌透明电极提高了LED芯片光提取效率，从而提高LED芯片的可靠性。
文档编号H01L33/42GK101789479SQ20101010272
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者张建华, 王书方 申请人:上海大学