CN101908593A - GaN基LED图形化透明导电薄膜的制作方法 - Google Patents

GaN基LED图形化透明导电薄膜的制作方法 Download PDF

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徐现刚
郑鹏
刘存志
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Abstract

本发明提供了一种GaN基LED图形化透明导电薄膜的制作方法，在GaN基LED的外延片上蒸发或沉积一层透明导电薄膜层，通过常规光刻掩膜腐蚀工艺在透明导电薄膜层上制作上孔洞，使透明导电薄膜层成为网状结构，所有孔洞所占面积为透明导电薄膜层表面积的5％-40％，每个孔洞的深度为透明导电薄膜层厚度的50％-100％，然后再按常规工艺对透明导电薄膜进行退火。本发明通过光刻腐蚀方法把透明导电薄膜制作成网状图形，在网状孔洞区域导电层可以很薄或没有导电层，既能起到欧姆接触导电的作用，又有效提高了出光效率。这样能够提高出光效率。本发明工艺简单，相对出光表面粗化工艺更容易控制，且工艺的一致性好，不会影响LED器件的电学性能。

Description

GaN基LED图形化透明导电薄膜的制作方法
技术领域
本发明涉及一种优化配比P-GaN透明导电接触薄膜的分布以提高GaN基LED(发光二极管)的光效率的方法，属于发光二极管器件制备技术领域。
背景技术
随着蓝光LED在照明和显示屏方面的广泛应用，对GaN基LED管芯的性能指标要求越来越高，LED出光强度的高低成为产品市场竞争中的热点。常规蓝宝石衬底的GaN二极管管芯的结构如图1所示，由上至下依次包括电流扩展层(透明导电薄膜)1、P型GaN层2、量子阱有源区3、N型GaN层4和蓝宝石衬底5，电流扩展层1上设有P电极6，N型GaN层4上设有N电极7。目前，很多提高LED出光强度的技术往往体现在LED管芯外延生长结构、倒装、衬底更换等方面，而这些技术工艺复杂、成本高。
GaN基LED因为不容易得到足够高浓度载流子掺杂的p型材料，结果是P-GaN不容易形成欧姆接触同时其材料的电洞迁移率也很低(电流不能很好的扩展)。这就使得生长好的GaN外延片上制作LED管芯结构在P电极和P-GaN层之间加上一层电流扩展层，即图1中的电流扩展层1。对于电流扩展层1一方面要求其导电，能够与P-GaN形成良好的欧姆接触，保证LED的电学特性，另一方面要求其尽可能透明使得有源层的光能够发射出来，保证其光学特性及应用。
目前常见到的电流扩展层主要有薄NiAu透明导电薄膜、ITO透明导电薄膜、ZnO透明导电薄膜等，其中前两种常见。NiAu导电薄膜特点是低欧姆接触及较高的可靠性，但受其材料特性及厚度的影响，透过率不是很高，一般蓝光段在60％左右。因此，在显示屏高亮蓝光LED的市场需求下NiAu工艺的GaN基LED并没有太强的竞争力。另一种透明导电薄膜ITO即铟锡氧化物半导体薄膜，具有很好的导电性和透明性，薄膜的透过率可达90％以上。通过退火工艺处理能够与P-GaN形成欧姆接触，且选择合适材料也能在ITO上制作接触良好的P焊线电极。在GaN基LED管芯结构中ITO透明导电层存在一个厚度优化配比的问题，ITO薄膜过厚电流分布扩展良好，但光透过率受影响较大，且光散射吸收也严重；ITO薄膜过薄光透过率高，但电流扩展不好电子空穴的复合效率受限。
美国专利US2005/0082547 A1中《LIGHT EMITTING DEVICE HAVING A TRANSPARENT CONDUCTING LAYER》(具有透明导电层结构的发光二极管)给出一种在P型半导体层上有均匀分布的点、网、蜂窝状形状欧姆接触层，然后在其上面镀有均匀的透明ITO层或ZnO层的LED结构。该专利文献中提到点、网、蜂窝形状的欧姆接触层只针对P型欧姆接触而言，一般为不透光的金属或金属合金材料，在其上镀有透明导电层，整个LED结构出光在欧姆接触层上已有部分比例损失，在透明导电层上又会损失部分，该专利文献中提到的结构甚至比目前常见的P型层上直接做透明导电层的LED结构在出光效率上还弱，但指出了均匀点、网、蜂窝形状层结构。中国专利文献CN10196819.4《纳米图案p型氮化物半导体欧姆接触电极及其制备方法》指出P型氮化物上面制作一层纳米图案的导电层，覆盖层通过纳米微孔与P型氮化物表面接触，纳米微孔结构可以使接触处肖特基势垒四周分散而降低接触电压，同时改善电流横向扩展提高光效。该专利文献中提到的纳米微孔结构主要还是覆盖层与材料颗粒欧姆接触及微观微孔出光方面改善器件光电性能，并不是从宏观发光与导电面积优化配比提高光效。
针对P-GaN材料上的透明导电薄膜，如何获得一种电流扩展良好能很好导电同时光透过率又很高的薄膜成了提高蓝光LED光亮度的争相研究的热点。
发明内容
本发明针对现有GaN基LED上的透明导电薄膜存在的问题，提供一种既能导电、又具有高透过率的GaN基LED图形化透明导电薄膜的制作方法。
本发明的GaN基LED图形化透明导电薄膜的制作方法，是：
在GaN基LED的外延片上蒸发或沉积一层透明导电薄膜层，通过常规光刻掩膜腐蚀工艺在透明导电薄膜层上制作上孔洞，使透明导电薄膜层成为网状结构，所有孔洞所占面积为透明导电薄膜层表面积的5％-40％，每个孔洞的深度为透明导电薄膜层厚度的50％-100％，然后再按常规工艺对透明导电薄膜进行退火。
透明导电薄膜层可以是ITO层、薄NiAu层、ZnO层或其他能形成欧姆接触的透明导电层。
孔洞可以是圆孔、长方形或其他任意形状。
本发明通过光刻腐蚀方法把透明导电薄膜制作成网状图形，既能起到欧姆接触导电的作用，同时提高了光透过率，有效提高了出光效率。在网状孔洞区域导电层可以很薄或没有导电层，形成表面梯度折射率分布，类光子晶体结构，这样能够提高出光效率。本发明工艺简单，相对出光表面粗化工艺更容易控制，且工艺的一致性好，不会影响LED器件的电学性能。
附图说明
图1是常规蓝宝石衬底或SiC衬底的GaN二极管管芯结构示意图。
图2是采用本发明制作的GaN基二极管管芯的结构示意图。
图3是制作的网状透明导电薄膜层的示意图。
图4是另一种图形分布的网状透明导电薄膜层的示意图。
图中：1、电流扩展层(透明导电薄膜)，2、P型GaN层，3、量子阱有源区，4、N型GaN层，5、蓝宝石衬底，6、P电极，7、N电极。
具体实施方式
本发明的GaN基LED图形化透明导电薄膜的制作方法通过增加一次光刻腐蚀工艺，把原来P-GaN层上的导电薄膜做成网状图形结构，该工艺简单、成本低、能够有效提高出光效率。具体过程如下：
(1)先在GaN基LED的外延片上用电子束蒸发台蒸发一层足够电流扩展的透明导电薄膜，透明导电薄膜可以是ITO层、薄NiAu层、ZnO层或其他能形成欧姆接触的透明导电层。采用ITO层时，电子束蒸发的温度280℃-350℃，通氧量在5sccm-25sccm，蒸镀的ITO薄膜厚度为250nm-500nm之间。采用其它材料导电薄膜时可以采用常规的工艺进行蒸镀。
(2)在蒸发好透明导电薄膜层的外延片上涂上约2um厚的光刻胶，用孔洞面积占透明导电薄膜表面积5％-40％的光刻版图光刻曝光，最后用酸性腐蚀液腐蚀出ITO网状图形，并去除光刻胶。腐蚀出的ITO导电薄膜层的图形如图3，孔洞为圆形。每个孔洞的深度为透明导电薄膜层厚度的50％-100％，这样起到接触导电作用，而在孔洞上由于导电层薄或没有导电层，使光能够很好的透过。
得到的GaN基二极管管芯的结构如图2所示，电流扩展层(透明导电薄膜)1成为网状结构。网状图形也可以制成如图4所示的形状，孔洞是一系列的长方形。透明导电薄膜层的网状图形形状分布可以根据LED管芯结构的电极电流分布选择不同尺寸比例等。
(3)在做好上述处理的外延片上按照常规工艺制作LED管芯。

Claims (1)

1.一种GaN基LED图形化透明导电薄膜的制作方法，其特征是：在GaN基LED的外延片上蒸发或沉积一层透明导电薄膜层，通过常规光刻掩膜腐蚀工艺在透明导电薄膜层上制作上孔洞，使透明导电薄膜层成为网状结构，所有孔洞所占面积为透明导电薄膜层表面积的5％-40％，每个孔洞的深度为透明导电薄膜层厚度的50％-100％，然后再按常规工艺对透明导电薄膜进行退火。
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