采用复合透明导电层的发光二极管及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种采用复合透明导电层的发光二极管及其制备方法。该发光二极包括：衬底；依次沉积于衬底上的缓冲层、n型GaN层、多量子阱层、p型AlGaN层和p型GaN层，其中，该发光二极管一侧的p型GaN层、p型AlGaN层、多量子阱和部分的n型GaN层被刻蚀形成台阶；p型复合透明导电层，形成于发光二极管未经刻蚀一侧的p型GaN层上，自下而上依次包括：ITO透明接触层、ZnO基电流扩展层、ITO导光层；p型金属电极层和n型金属电极层，分别形成于发光二极管未经刻蚀一侧的ITO导光层上和发光二极管被刻蚀一侧的台阶上。本发明提高了透明导电层的抗腐蚀能力，进而提高整个发光二极管器件的合格率。
【专利说明】采用复合透明导电层的发光二极管及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及半导体光电子器件【技术领域】，尤其涉及一种采用复合透明导电层的发光二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]LED产业属于半导体相关的高科技产业，处于上游的芯片往往是整个产业的关键，这不仅仅体现在上游芯片的性能和价格决定了中下游产品的性能和价格，还体现在芯片供应商往往控制着整个产业的专利及标准。LED芯片的性能很大程度上决定了整个产品的性倉泛。
[0003]氮化镓基II1-V族半导体已成为一个充满希望的光源材料。氮化镓基发光二极管(LED)正在迅速扩大应用领域，特别是需要超高亮度的领域，如大尺寸屏幕的背光单元和取代传统荧光灯和白炽灯泡的固态照明系统。
[0004]目前，LED透明电极材料主要采用氧化铟锡(ΙΤ0)，但由于In为稀有金属，价格昂贵而且有毒性，因此寻找一种物美价廉的透明电极材料取代ITO —直备受关注。氧化锌(ZnO)是一种I1-VI族的化合物半导体，对于可见光具有很高的透过率，通过III族元素掺杂，ZnO可以实现较低的电阻率；同时，ZnO与GaN晶格较匹配，自然界储量丰富，具有成本低、无毒、在氢等离子体环境下相对稳定等优良特性，是极佳的GaN基LED的电极材料。
[0005]中国专利CN 102142496A和中国专利CN 102169943A均报道了 ITO/氧化锌基复合透明导电层的技术方案。该复合透明导电层的热稳定性好，并且能够与P型GaN可形成良好的欧姆接触。然而，在制备GaN器件的工艺中，在生成ITO/氧化锌基复合透明导电层之后，还需要对GaN基器件进行光刻处理，并蒸镀金属电极。
[0006]图1A为采用现有技术制备的ITO/氧化锌基复合透明电极在光刻过程中去除光刻胶后的显微镜照片。图1B为采用现有技术制备的GaN器件在蒸镀金属电极后的显微镜照片。由图1A和图1B可以看出，由于ZnO材料抗腐蚀能力较差，制备的ITO/氧化锌基复合透明导电层在光刻去胶的过程中被腐蚀掉大部分，不能完整覆盖芯片表面。并且由于前期的ITO/氧化锌基复合透明导电层受到了破坏，其并未按照预期形成电极。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种采用复合透明导电层的发光二极管及其制备方法，以提高透明导电层的抗腐蚀能力，进而提高整个发光二极管器件的合格率。
[0009]( 二 )技术方案
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种采用复合透明导电层的发光二极管。该发光二极包括:衬底；依次沉积于衬底上的缓冲层、η型GaN层、多量子阱层、ρ型AlGaN层和ρ型GaN层，其中，该发光二极管一侧的ρ型GaN层、ρ型AlGaN层、多量子阱和部分的η型GaN层被刻蚀形成台阶；ρ型复合透明导电层，形成于发光二极管未经刻蚀一侧的ρ型GaN层上，自下而上依次包括:ITO透明接触层、ZnO基电流扩展层、ITO导光层；ρ型金属电极层和η型金属电极层,分别形成于发光二极管未经刻蚀一侧的ITO导光层上和发光二极管被刻蚀一侧的台阶上。
[0011]根据本发明的另一个方面，还提供了一种上述发光二极管的制备方法。该制备方法包括:步骤Α，在衬底上依次逐层生长GaN缓冲层、η型GaN层、多量子阱、ρ型AlGaN层，ρ型GaN层，退火得到GaN外延片；步骤B:在外延片上沉积ITO透明接触层、ZnO基电流扩展层和ITO导光层；步骤C，在GaN外延片上旋涂光刻胶，采用台面板光刻出芯片，在每个芯片上刻蚀台面，形成台阶，去除台面上未刻蚀部分残留的光刻胶，采用电极板在ITO导光层和η型GaN层上光刻出电极图形；以及步骤D,在电极图形沉积电极金属，剥离掉台面上电极图形以外区域的光刻胶，形成η型金属电极层和ρ型金属电极层，完成发光二极管的制备。
[0012](三)有益效果
[0013]从上述技术方案可以看出，本发明采用复合透明导电层的发光二极管及其制备方法利用了现有技术来改善欧姆接触，在此基础上增加的ITO导光层一方面很好的保证了工艺兼容性，另一方面通过ZnO和ITO之间的折射率渐变来增加出光，提高了发光二极管的性倉泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1A为采用现有技术制备的ITO/氧化锌基复合透明电极在光刻过程中去除光刻胶后的显微镜照片；
[0015]图1B为采用 现有技术制备的应用ITO/氧化锌基复合透明电极的GaN器件在蒸镀金属电极后的显微镜照片；
[0016]图2为根据本发明实施例采用复合透明导电层发光二极管的剖面示意图；
[0017]图3为根据本发明实施例采用复合透明导电层发光二极管制备方法的流程图；
[0018]图4为在执行本发明实施例方法过程中制备的ZnO薄膜的X射线衍射曲线；
[0019]图5Α和图5Β分别为在执行本发明实施例方法过程中制备的ZnO薄膜在纵切面和上表面的扫描电子显微镜照片；
[0020]图6Α为采用本实施例方法制备的ITO/氧化锌基复合透明电极在光刻过程中去除光刻胶后的显微镜照片；
[0021]图6Β为采用本实施例方法制备的应用ITO/氧化锌基复合透明电极的GaN器件在蒸镀金属电极后的显微镜照片；
[0022]图7为按照本实施例方法制备的复合透明导电层与单层ITO薄膜、ITO/ZnO双层薄膜在可见光范围内的透过率对比图谱。
[0023]【主要元件】
[0024]
【权利要求】
1.一种采用复合透明导电层的发光二极管，其特征在于，包括: 衬底； 依次沉积于衬底上的缓冲层、η型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层和P型GaN层，其中，该发光二极管一侧的P型GaN层、P型AlGaN层、多量子阱和部分的η型GaN层被刻蚀形成台阶； P型复合透明导电层，形成于所述发光二极管未经刻蚀一侧的所述P型GaN层上，自下而上依次包括:ΙΤΟ透明接触层、ZnO基电流扩展层、ITO导光层； P型金属电极层和η型金属电极层，分别形成于所述发光二极管未经刻蚀一侧的ITO导光层上和所述发光二极管被刻蚀一侧的所述台阶上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述ITO透明接触层的厚度为40nm，所述ZnO基电流扩展层的厚度为330nm，所述ITO导光层的厚度为40nm。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述多量子阱层为8对GaN和InGaN组成的多量子讲。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述η型金属电极层和P型金属电极层的材料为Cr/Pt/Au。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底的材料为蓝宝石。
6.一种权利要求1至5中任一项所述采用复合透明导电层的发光二极管的制备方法，其特征在于，包括: 步骤A，在衬底上依次逐层生长GaN缓冲层、η型GaN层、多量子阱、ρ型AlGaN层，ρ型GaN层，退火得到GaN外延片； 步骤B:在所述外延片上沉积ITO透明接触层、ZnO基电流扩展层和ITO导光层； 步骤C，在GaN外延片上旋涂光刻胶，采用台面板光刻出芯片，在每个芯片上刻蚀台面，形成台阶，去除台面上未刻蚀部分残留的光刻胶，采用电极板在ITO导光层和η型GaN层上光刻出电极图形；以及 步骤D，在电极图形沉积电极金属，剥离掉台面上电极图形以外区域的光刻胶，形成η型金属电极层和P型金属电极层，完成发光二极管的制备。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，采用电子束蒸发的方式沉积ITO透明接触层，采用磁控溅射的方式生长ZnO基电流扩展层，采用电子束蒸发的方式沉积ITO导光层。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，采用MOCVD方法在衬底上依次逐层生长GaN缓冲层、η型GaN层、多量子阱、ρ型AlGaN层，ρ型GaN层。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，采用ICP方法在GaN外延片上刻蚀台面。
10.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，采用电子束蒸发的方式沉积电极金属，形成η型金属电极层和ρ型金属电极层。
【文档编号】H01L33/44GK103730558SQ201310750549
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王兵, 伊晓燕, 孔庆峰, 刘志强, 王军喜, 王国宏, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所