专利名称：透明电极GaN基LED结构及其制作方法
技术领域：
本技术属于半导体白光照明工程中提高白光发光二极管发光效率的领域。尤其涉 及利用高透过率、高折射率晶体透明导电薄膜提高白光LED效率的技术。
背景技术：
半导体照明光源的诞生被认为是照明领域的一次革命，其标志是半导体发光二极 管LED作为新型光源从特殊应用市场逐步进入普通照明市场，前景及其广阔。在特种照明 应用中，白光LED已经先输出了巨大的性能和可靠性优势。与目前的通用照明光源相比， GaN基LED的发光效率是急需解决的首要任务。利用更高性能的透明电极提高出光效率是 国内外企业和研究机构激烈竞争的一个重要方面。日本、美 国、台湾地区已经采用了 ΙΤ0、 AZO等不同材料体系的透明电极方法制作具有高发光效率的LED。在众多的方案中，采用 ZnO单晶方法是一种比较先进的解决方案。目前，国际上关于在GaN基LED中使用ZnO单晶 薄膜的文献报道并不很多(Jpn. J. App 1. Phys.，Vol. 43，No. 2A(2004)，Appl. Phys. Lett. 89， 171116(2006)，Appl. Phys. Lett. 90,203515(2007)，Appl. Phys. Lett. 90,263511(2007)， Appl. Phys. Lett. 92，121108 (2008))，据报道最高达到的外量子效率接近40%，但是该类方 法利用键合方式不利于批量生产，而一般的ZnO单晶薄膜生长方法所使用温度较高(接近 GaN外延结构的生长温度)、时间较长或速度较慢，易破坏GaN外延中的量子阱结构，因此也 难以在生产中使用。目前使用外延方法在GaN基LED结构上快速生长ZnO单晶薄膜作为透 明电极和光提取层的方法还未见报道。本专利即涉及这方面的技术方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法简单、制作简便、能规模使用的以ZnO晶体薄膜 为透明电极的GaN基LED及其制作方法，以达到实现高效率功率型白光LED的目的。本发明提供一种透明电极GaN基LED结构，包括一衬底；一 N型GaN层，该N型GaN层生长在衬底上；一 GaN材料有源层，该GaN材料有源层制作在N型GaN层上，该GaN材料有源层的 面积小于N型GaN层的面积，而位于N型GaN层的一侧，在N型GaN层的另一侧形成有一台 面；一 P型GaN层，该P型GaN层制作在GaN材料有源层上；一 ZnO层，该ZnO层制作在P型GaN层上；一 P型电极，该P型电极制作在ZnO层上；一 N型电极，该N型电极制作在N型GaN层的台面上。其中衬底的材料为蓝宝石、硅、氮化镓或碳化硅。其中ZnO层的厚度为0. Ium-IOum0本发明提供一种透明电极GaN基LED结构的制作方法，包括如下步骤
步骤1:取一衬底；步骤2 在衬底上依次生长N型GaN层、GaN材料有源层、P型GaN层和ZnO层；步骤3 将N型GaN层上的GaN材料有源层、P型GaN层和ZnO层的一侧刻蚀，使N型GaN层的一侧形成一台面；步骤4 在ZnO层制作P型电极；步骤5 在N型GaN层一侧的台面上制作N型电极。其中衬底的材料为蓝宝石、硅、氮化镓或碳化硅。其中ZnO层的厚度为0. lum-10um。其中ZnO层的生长温度为750°C以下。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中图1是ZnO透明电极GaN基LED的结构侧向示意图。
具体实施例方式请参阅图1，本发明一种透明电极GaN基LED结构，包括一衬底1 ；其中衬底1的材料为蓝宝石、硅、氮化镓或碳化硅。一 N型GaN层2，该N型GaN层2生长在衬底1上。一 GaN材料有源层3，该GaN材料有源层3制作在N型GaN层2上该GaN材料有源 层3的面积小于N型GaN层2的面积而位于N型GaN层2的一侧，在N型GaN层2的另一 侧形成有一台面21，有源层3用于载流子复合发光。一 P型GaN层4 ；该P型GaN层4制作在GaN材料有源层3上；一 ZnO层5，该ZnO层5制作在P型GaN层4上；其中ZnO层5的厚度为0. Ium-IOum, 所述ZnO层5为单晶薄膜层，利用该单晶材料具有高导电性、高透射率以及折射率介于P型 GaN层4的材料和封装材料之间的特性，减少了总吸收，从而提高LED的效率。根据所述制 备方法，适用于任意尺寸和形状的GaN基LED的制作。 一 P型电极6，该P型电极6制作在ZnO层5上。一 N型电极7，该N型电极7制作在N型GaN层2的台面21上。请再参阅图1，本发明一种透明电极GaN基LED结构的制作方法，包括如下步骤步骤1 取一衬底1 ；其中衬底1的材料为蓝宝石、硅、氮化镓或碳化硅。步骤2 在衬底1上依次生长N型GaN层2、GaN材料有源层3、P型GaN层4和ZnO 层5 ；其中ZnO层5的厚度为0. Ium-IOum ；其中ZnO层5的生长温度为750°C以下，生长时 间不超过30分钟，以避免破坏GaN材料有源层3的结构。步骤3 将N型GaN层2上的GaN材料有源层3、P型GaN层4和ZnO层5的一侧 刻蚀，使N型GaN层2的一侧形成一台面21。步骤4 在ZnO层5制作P型电极6。步骤5 在N型GaN层2 —侧的台面21上制作N型电极7。以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技术者运用本发 明所为的修饰、变化，皆属本发明主张的权利要求范围，而不限于实施例所揭示的内容。
权利要求
一种透明电极GaN基LED结构，包括一衬底；一N型GaN层，该N型GaN层生长在衬底上；一GaN材料有源层，该GaN材料有源层制作在N型GaN层上，该GaN材料有源层的面积小于N型GaN层的面积，而位于N型GaN层的一侧，在N型GaN层的另一侧形成有一台面；一P型GaN层，该P型GaN层制作在GaN材料有源层上；一ZnO层，该ZnO层制作在P型GaN层上；一P型电极，该P型电极制作在ZnO层上；一N型电极，该N型电极制作在N型GaN层的台面上。
2.根据权利要求1所述的透明电极GaN基LED结构，其中衬底的材料为蓝宝石、硅、 氮化镓或碳化硅。
3.根据权利要求1所述的透明电极GaN基LED结构，其中ZnO层的厚度为0.lum-10um。
4.一种透明电极GaN基LED结构的制作方法，包括如下步骤 步骤1 取一衬底；步骤2 在衬底上依次生长N型GaN层、GaN材料有源层、P型GaN层和ZnO层； 步骤3 将N型GaN层上的GaN材料有源层、P型GaN层和ZnO层的一侧刻蚀，使N型 GaN层的一侧形成一台面；步骤4:在ZnO层制作P型电极；步骤5 在N型GaN层一侧的台面上制作N型电极。
5.根据权利要求4所述的透明电极GaN基LED结构，其中衬底的材料为蓝宝石、硅、 氮化镓或碳化硅。
6.根据权利要求4所述的透明电极GaN基LED结构，其中ZnO层的厚度为0.lum-10um。
7.根据权利要求4或6所述的透明电极GaN基LED结构，其中ZnO层的生长温度为 750°C以下。
全文摘要
一种透明电极GaN基LED结构，包括一衬底；一N型GaN层，该N型GaN层生长在衬底上；一GaN材料有源层，该GaN材料有源层制作在N型GaN层上，该GaN材料有源层的面积小于N型GaN层的面积，而位于N型GaN层的一侧，在N型GaN层的另一侧形成有一台面；一P型GaN层，该P型GaN层制作在GaN材料有源层上；一ZnO层，该ZnO层制作在P型GaN层上；一P型电极，该P型电极制作在ZnO层上；一N型电极，该N型电极制作在N型GaN层的台面上。
文档编号H01L33/00GK101866994SQ20091008199
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者曾一平, 杨华, 王国宏, 王晓峰, 阮军 申请人:中国科学院半导体研究所