专利名称：一种层状透明导电层led芯片的制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地，本发明涉及一种应用在发光二极管(LED)芯片的透明导电层的制备方法。
背景技术：
发光二极管(LED)相对于其他的光源，具有寿命长、可靠性高、体积小、响应速度快并且易于集成的优点，使得其已经广泛用于信息显示、图像处理、消费电子等各类显示光源。目前，大功率LED透明电极主要采用氧化铟锡(ITO)，ITO具有导电、透明的优点，并且ITO薄膜由于具有高的穿透率和低的面电阻率，广泛应用于LED领域，作为LED芯片工艺中的透明导电层，现在同向型LED芯片制造中，几乎100%采用ITO膜层做为透明导电层。·然而，由于ITO和P-GaN之间有巨大的功函数差异，其中ITO为4. 7eV，P-GaN为
7.2eV，使得ITO做为P-GaN的电流扩散层会产生巨大的接触势垒，进而增加LED芯片的驱动电压。
发明内容
因此，为克服现有技术中ITO膜层和P-GaN之间高接触势垒的问题，本发明提供一种应用在发光二极管(LED)芯片的透明导电层结构及其制备方法。根据本发明的一个方面，提供一种层状透明导电层LED芯片结构的制备方法，包括步骤10)、提供LED外延片；步骤20)、在LED外延片上进行Mesa处理，以暴露出外延片的N-GaN层；步骤30)、外延片的未暴露表面上沉积具有高功函数的第一层透明导电层；步骤40)、在第一层透明导电层上沉积第二层透明导电层；步骤50)、蒸镀P&N电极，形成LEDCOW结构。其中，此第一层透明导电膜层的折射率介于P-GaN和第二层透明导电膜层之间或与第二层透明导电膜层的折射率相当。根据本发明的另一个方面，提供一种层状透明导电层LED芯片结构，包括一 LED外延片ITO层；在此LED外延片上通过Mesa工序形成暴露出的N-GaN层；其上具有高功函数与合适的折射率的第一层透明导电层，折射率介于P-GaN和第二层透明导电层的折射率之间；在第一层透明导电层上沉积第二层透明导电层；蒸镀P&N电极，形成的LED COW结构。为了在保持面电阻和穿透率的同时，也降低透明导电膜层和P-GaN之间的势垒，本发明提供了一种新的透明导电层膜系，层状透明导电层结构，即在透明导电膜层膜和P-GaN之间插入一层新的高功函数的膜层，以此来降低P-GaN和ITO膜层之间的接触势垒，进而降低LED芯片的驱动电压。同时，为保证整个芯片不因光的全反射作用二丧失芯片的外量子效率，此插入层的折射率介于ITO膜层和P-GaN之间或与之上的透明导电膜层的折射率相当。与现有单层透明导电层的LED芯片相比，本发明能显著降低P-GaN和透明导电膜层之间由于功函数的差异而产生的高的接触势垒，进而降低LED芯片的驱动电压，提高LED芯片效率，同时保持芯片的外量子效率。
图I为本发明实施例的层状透明导电层结构示意图；图2为本发明实施例的层状透明导电层的制备方法流程图。如图所示，为了能明确说明本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的一种应用在发光二极管(LED)芯片的透明导电层结构及其制备方法进行详细描述。
其中，在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。在本发明的第一实施例中，提供一种层状透明导电层LED芯片结构的制备方法，包括以下步骤1、提供LED外延片；2、在此LED外延片上进行Mesa处理，以暴露出外延片的N-GaN层；3、外延片的未暴露表面上沉积具有高功函数的第一层透明导电层；4、在第一层透明导电层上沉积第二层透明导电层；5、蒸镀P&N电极，做出LED COW结构。进一步，步骤3还包括在已完成Mesa制程的外延片上沉积一层ITO膜层，其中，使用EB电子蒸镀，膜层厚度5nm，O2流量为lOsccm，沉积温度为295°C，沉积速率O. 6A/s,蒸镀源为 In203/Sn02 = 95% /5%0之后，对此ITO膜层做退火处理，其中，在O2氛围下，退火温度为300°C，时间为20min, O2 流量为 lOsccm。步骤4还包括完成退火制程后，接着再沉积一层ITO透明导电膜层。其中，采用EB电子蒸镀，膜层厚度280nm，02流量为lOsccm，沉积温度为295°C，沉积速率为I. OA/s，蒸镀源为 In203/Sn02 = 95% /5%0其中，P-GaN接触的第一层透明导电层为接触层。其中，第一透明导电层上面的第二层透明导电层为电流扩散层。其中，接触层和电流扩散层具有不同的功函数，接触层的功函数明显大于电流扩散层。其中，接触层的厚度为Ι-lOnm，电流扩散层的厚度为100_400nm。其中，接触层和电流扩散层有相同元素构成，但二者的元素构成比不同。另外，接触层和电流扩散层也可由不同元素组成。其中，接触层和电流扩散层的折射率相当。其中，接触层和电流扩散层采用以下沉积工艺，包括蒸镀、溅射、离子镀。在本发明的第二个实施例中，如图I所示，提供一种层状透明导电层LED芯片结构，包括一 LED外延片ITO层；在此LED外延片上通过制作Mesa工序以形成暴露出芯片的N-GaN层；其上具有高功函数的第一层透明导电层；在第一层透明导电层上沉积第二层透明导电层；蒸镀P&N电极，形成的LED COff结构。高功函数透明导电层中，第一层透明导电层和第二层透明导电层均是ITO材料，但相比第二层ITO层，第一层ITO材料采用低掺杂SnO2 (第一层ITO SnO2 = 1_3% ;第二层ITO SnO2 = 5% )，通过降低Sn02的掺杂，降低底层ITO层的电子浓度和O空位浓度，进而提升ITO底层的功函数。所述层状透明导电层由两层构成，其中和P-GaN接触的为接触层，其上的为电流扩散层。接触层和电流扩散层具有不同的功函数，接触层的功函数明显大于电流扩散层。接触层的厚度为Ι-lOnm，电流扩散层的厚度为100_400nm。接触层和电流扩散层有相同元素构成，但二者的元素构成比不同。接触层和电流扩散层的折射率相当。 接触层和电流扩散层采用以下沉积工艺，包括蒸镀、溅射、离子镀。在本发明的第三个实施例中，如图I所示，提供一种层状透明导电层LED芯片结构，包括一 LED外延片；在此LED外延片上通过制作Mesa工序以形成暴露出芯片的N-GaN层；其上具有高功函数的第一层透明导电层；在第一层透明导电层上沉积第二层透明导电层；蒸镀P&N电极，形成的LED COff结构。 所述层状透明导电层由两层构成，其中和P-GaN接触的为接触层，其上的为电流扩散层。接触层和电流扩散层具有不同的功函数，接触层的功函数明显大于电流扩散层。接触层的厚度为Ι-lOnm，电流扩散层的厚度为100_400nm。接触层和电流扩散层有不同元素构成，接触层可为IZ0(Zn0:In)，GZO(ZnOiGa),AZO(ZnO:Al)，接触层为 ITO0接触层的折射率介于电流扩散层和P-GaN之间。在根据第一实施例的方法中，其中操作过程进一步如图2所示，该层状透明导电层的沉积方法包括以下步骤步骤1，在已完成Mesa制程的外延晶圆上沉积一层ITO膜层，具体沉积工艺为使用EB电子蒸镀，膜层厚度5nm，O2流量为lOsccm，沉积温度为295°C，沉积速率O. 6A/s,蒸镀源为 In203/Sn02 = 95% /5%0步骤2，对此ITO膜层做退火处理，具体退火工艺为在O2氛围下,退火温度为300°C,时间为20min, O2流量为lOsccm。步骤3，完成退火制程后，接着再沉积一层ITO透明导电膜层，具体沉积工艺为采用EB电子蒸镀，膜层厚度280nm，O2流量为lOsccm，沉积温度为295°C，沉积速率为I. OA/s,蒸镀源为 In203/Sn02 = 95% /5% 0进一步，对于沉积过程在刻蚀暴露出N-GaN之后，通过蒸镀或溅射低掺杂ITO膜层，然后更换蒸镀源或靶，蒸镀或沉积高掺杂ITO膜层，然后N2氛围退火处理。最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
权利要求
1.一种层状透明导电层LED芯片结构的制备方法，包括 步骤10)、提供LED外延片； 步骤20)、在LED外延片上进行Mesa处理，以暴露出外延片的N-GaN层； 步骤30)、外延片的未暴露表面上沉积具有高功函数的第一层透明导电层； 步骤40)、在第一层透明导电层上沉积第二层透明导电层； 步骤50)、蒸镀P&N电极，形成LED COff结构。
2.权利要求I所述的方法，其中，步骤30)还包括 在已完成Mesa制程的外延片上沉积第一层透明导电层时，使用EB电子蒸镀，膜层厚度5nm, O2流量为IOsccm,沉积温度为295°C,沉积速率O. 6A/s,蒸镀源为In203/Sn02 = 95%/5% ； 之后，对此第一层透明导电层做退火处理，其中，在O2氛围下，退火温度为300°C，时间为 20min, O2 流量为 lOsccm。
3.权利要求2所述的方法，其中，步骤40)还包括完成退火制程后，接着沉积第二层透明导电层时，采用EB电子蒸镀，膜层厚度280nm，02流量为lOsccm，沉积温度为295°C，沉积速率为 I. OA/s，蒸镀源为 In203/Sn02 = 95% /5%0
4.权利要求I所述的方法，其中，与P-GaN接触的第一层透明导电层为接触层，第一透明导电层上面的第二层透明导电层为电流扩散层。
5.权利要求4所述的方法，其中，接触层和电流扩散层具有不同的功函数，接触层的功函数大于电流扩散层。
6.权利要求4所述的方法，其中，接触层的厚度为Ι-lOnm，电流扩散层的厚度为100_400nmo
7.权利要求4所述的方法，其中，接触层和电流扩散层由相同元素构成，但二者的元素构成比不同，或者接触层和电流扩散层由不同元素组成。
8.权利要求4所述的方法，其中，接触层的折射率介于电流扩散层和P-GaN之间或与电流扩散层相当。
9.权利要求I所述的方法，其中，对于沉积过程在刻蚀暴露出N-GaN之后，通过蒸镀或溅射低掺杂第一层透明导电层，然后更换蒸镀源或靶，蒸镀或沉积高掺杂第二层透明导电层，然后N2氛围进行退火处理。
10.一种层状透明导电层LED芯片结构，包括 一 LED外延片ITO层； 在此LED外延片上通过Mesa工序形成暴露出的N-GaN层； 其上具有高功函数的第一层透明导电层； 在第一层透明导电层上沉积第二层透明导电层； 蒸镀P&N电极，形成的LED COff结构。
11.根据权利要求10所述的结构，其中，第一层透明导电层中，底层材料为ΙΤ0，相比上层ΙΤ0，底层ITO材料采用低掺杂SnO2,通过降低SnO2的掺杂，降低底层ITO层的电子浓度和O空位浓度。
12.根据权利要求10所述的结构，其中，底层ITO的SnO2= 1-3%;上层ITO的SnO2 = 5%。
13.根据权利要求11所述的结构，其中，第一透明导电层为接触层，接触层上面的第二层透明导电层为电流扩散层；接触层和电流扩散层具有不同的功函数，接触层的功函数明显大于电流扩散层，接触层的折射率介于电流扩散层和P-GaN之间或与电流扩散层相当；接触层的厚度为Ι-lOnm，电流扩散层的厚度为100-400nm。
全文摘要
本发明提供了一种层状透明导电层LED芯片结构的制备方法及其结构，该方法包括步骤10)、提供LED外延片；步骤20)、在LED外延片上进行Mesa处理，以暴露出外延片的N-GaN层；步骤30)、外延片的未暴露表面上沉积具有高功函数的第一层透明导电层；步骤40)、在第一层透明导电层上沉积第二层透明导电层；步骤50)、蒸镀P&N电极，形成LED COW结构。本发明在透明导电膜层膜和P-GaN之间插入一层新的高功函数的膜层，降低透明导电膜层膜和P-GaN之间的接触势垒，起到降低芯片的驱动电压，同时，由于此插入层的折射率介于ITO膜层和P-GaN之间或与之上的透明导电膜层的折射率相当保证了LED外量子效率没有降低。
文档编号H01L33/42GK102832299SQ201110164808
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者刘英策, 吴大可, 火东明 申请人:广东量晶光电科技有限公司