CN102832297B - 一种半导体发光器件及电流扩散层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，所述方法包括以下步骤：S11、提供一承载所述电流扩散层的外延片，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层；S12、在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率；S13、在沉积完掺杂的ZnO薄膜层的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层，使掺杂的ZnO薄膜层掩埋在ITO薄膜层中。本发明还提供一种半导体发光器件的制备方法。本发明实现了原位的粗化方法，节约了生产成本；同时，不需要使用腐蚀液，提供了安全保障。

Description

一种半导体发光器件及电流扩散层的制备方法
技术领域
本发明属于LED芯片领域，尤其涉及一种LED芯片中电流扩散层的制备方法。
背景技术
当前ITO（Indium-Tin Oxide，氧化铟锡）作为电流扩散层被广泛应用在LED芯片制作上，但是LED芯片的出光效率仍然不够理想，通过粗化ITO表面以提高芯片出光效率是业界常用的一种方法。在现有技术中，粗化ITO的方法主要有干法刻蚀和湿法腐蚀两种。其中，干法刻蚀主要是在形成完ITO薄膜以后，先用光刻胶形成掩膜图案，再利用ICP（Inductive Couple Plasmas，感应耦合等离子体）刻蚀未被光刻胶保护的ITO区域，达到ITO表面粗化的效果。湿法腐蚀则是先在ITO表面涂覆一层纳米颗粒作为保护层，然后用酸等腐蚀液腐蚀未被纳米颗粒保护的ITO区域，达到ITO表面粗化的效果。但是，这两种方法都属于异位粗化的方法，即需要把产品转移到其它设备上进行粗化，不仅需要使用昂贵的设备（光刻机和ICP机台），而且因为有使用到酸性腐蚀液，会存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，实现了在形成ITO的过程中，完成对ITO的粗化，不需要把产品转移到其它设备上进行粗化，节约了成本；同时，不需要使用腐蚀液，提供了安全保障。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S11、提供一承载所述电流扩散层的外延片，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层；
S12、在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率；
S13、在沉积完掺杂的ZnO薄膜层的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层，使掺杂的ZnO薄膜层掩埋在ITO薄膜层中。
本发明还提供一种半导体发光器件的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S21、提供一外延片，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层；
S22、在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率；
S23、在沉积完掺杂的ZnO薄膜层的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层，使掺杂的ZnO薄膜层掩埋在ITO薄膜层中；
S24、在ITO薄膜层上形成光刻胶保护层，刻蚀未被光刻胶保护的外延片的台阶区域的ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层后，去除光刻胶保护层；
S25、在所述ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层构成的电流扩散层上形成半导体发光器件的正电极，在外延片的台阶区域上形成半导体发光器件的负电极。
本发明提供的半导体发光器件及电流扩散层的制备方法中，实现了在形成ITO薄膜层的过程中，完成对ITO的粗化，属于原位粗化的方法，不需要把产品转移到其它设备上进行粗化，缩短生产周期，且节约了生产成本即不需使用额外的设备和材料进行粗化，如干法刻蚀的光刻胶、光刻机和ICP，以及湿法腐蚀的腐蚀设备以及腐蚀液；同时，不需要使用腐蚀液，可以确保员工的人身安全，提供了安全保障。
附图说明
图1是本发明提供的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法流程示意图。
图2是本发明提供的外延片的结构示意图。
图3是本发明提供的外延片形成有台阶区域的结构示意图。
图4是本发明提供的在外延片上沉积有ITO薄膜层的结构示意图。
图5是本发明提供的在ITO薄膜层上沉积有掺杂的ZnO薄膜层的结构示意图。
图6是本发明提供的在外延片上沉积有ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层的结构示意图。
图7是本发明提供的刻蚀掉外延片台阶区域的电流扩散层后半导体发光器件的结构示意图。
图8是本发明提供的在半导体发光器件制备方法中形成电极的结构示意图。
图9是本发明提供的在半导体发光器件制备方法中沉积钝化层的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参考图1所示，一种半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S11、提供一承载所述电流扩散层的外延片，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层；
S12、在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率；
S13、在沉积完掺杂的ZnO薄膜层的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层，使掺杂的ZnO薄膜层掩埋在ITO薄膜层中。
本发明提供的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，实现了在形成ITO薄膜层的过程中，完成对ITO的粗化，属于原位粗化的方法，不需要把产品转移到其它设备上进行粗化，缩短生产周期，且节约了生产成本即不需使用额外的设备和材料进行粗化，如干法刻蚀的光刻胶、光刻机和ICP，以及湿法腐蚀的腐蚀设备以及腐蚀液；同时，不需要使用腐蚀液，可以确保员工的人身安全，提供了安全保障。
以下将结合实施例和附图对本发明提供的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法进行详细说明。
请参考图4所示，具体地，在所述步骤S11中，提供一承载所述电流扩散层的外延片，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层16；其中，所述直流电子枪的选择和蒸发ITO源沉积ITO薄膜的技术为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。
请参考图5所示，具体地，在所述步骤S12中，在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层16上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜17，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率。作为一种具体的实施例，所述ITO薄膜层的厚度（即电流扩散层的厚度）为285-290纳米，当沉积的ITO薄膜层的厚度为250-260纳米时，开启脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层16上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜17。
在沉积掺杂的ZnO薄膜层的过程中，通过控制脉冲电流的占空比来控制电子枪电路的快速通与断，使得掺杂的ZnO材料的生长方式以间断生长为主，避免出现连续的层状生长，以达到掺杂的ZnO材料沉积的不连续性，从而完成间断排列的掺杂的ZnO薄膜层的制备；优选地，所述掺杂的ZnO材料的生长方式以岛状生长为主。作为一种具体的实施方式，所述脉冲电流的占空比为20%-30%；所述掺杂的ZnO薄膜层的厚度为10-15纳米，该厚度范围的掺杂的ZnO薄膜层能够达到粗化的效果，如果厚度大于15纳米，会降低整体电流扩散层的出光效果，如果厚度小于10纳米，会达不到粗化的效果。
同时，在沉积掺杂的ZnO薄膜层的过程中，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率，即ITO薄膜层用直流电子枪低速沉积，掺杂的ZnO薄膜用脉冲电流电子枪高速沉积，以保证掺杂的ZnO薄膜能够有效地掩埋进ITO薄膜层；同时，在掺杂的ZnO薄膜沉积的过程中，ITO薄膜仍然用直流电子枪低速沉积，可以更好的保证ZnO薄膜被掩埋。作为一种具体的实施方式，所述直流电子枪的沉积速率为0.5-1.2埃/秒，所述脉冲电流电子枪的沉积速率为20-30埃/秒。
所述掺杂的ZnO材料选自掺铟氧化锌、掺镓氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟氧化锌混合物中的一种。因为，这些材料的导电能力与ITO的导电能力相当，当两者同为电流扩散层时，电流扩散比较均匀；同时，都属于折射率相近的透明化物，其折射率都在2.0左右，光在掺杂的ZnO和ITO两者之间穿透时不易发生折射，减少了光的损失。
请参考图6所示，具体地，在所述步骤S13中，在沉积完掺杂的ZnO薄膜层17的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层16，使掺杂的ZnO薄膜层17掩埋在ITO薄膜层16中。实质上，在步骤S13中，通过继续沉积ITO薄膜，使掺杂的ZnO薄膜层完全掩埋在ITO薄膜层16中，导致掩埋有掺杂的ZnO材料的ITO区域与无掺杂的ZnO材料的ITO区域形成高度差，达到ITO薄膜表面的整体不平整，即达到粗化的效果。作为一种具体的实施方式，所述继续沉积的ITO薄膜层的厚度为15-20纳米；本领域的技术人员应当明白，本步骤中继续沉积的ITO薄膜层的厚度并不局限于此，只要能够使掺杂的ZnO薄膜层完全掩埋即可。
本发明还提供一种半导体发光器件的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S21、提供一外延片，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层；
S22、在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率；
S23、在沉积完掺杂的ZnO薄膜层的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层，使掺杂的ZnO薄膜层掩埋在ITO薄膜层中；
S24、在ITO薄膜层上形成光刻胶保护层，刻蚀未被光刻胶保护的外延片的台阶区域的ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层后，去除光刻胶保护层；
S25、在所述ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层构成的电流扩散层上形成半导体发光器件的正电极，在外延片的台阶区域上形成半导体发光器件的负电极。
本发明提供的半导体发光器件的制备方法，实现了在形成ITO薄膜层的过程中，完成对ITO的粗化，属于原位粗化的方法，不需要把产品转移到其它设备上进行粗化，缩短生产周期，且节约了生产成本即不需使用额外的设备和材料进行粗化，如干法刻蚀的光刻胶、光刻机和ICP，以及湿法腐蚀的腐蚀设备以及腐蚀液；同时，不需要使用腐蚀液，可以确保员工的人身安全，提供了安全保障。
以下将结合实施例和附图对本发明提供的半导体发光器件的制备方法进行详细说明。
具体地，在所述步骤S21中，先利用MOCVD（金属有机化合物化学气相淀积，Metal-organic Chemical Vapor Deposition）技术在基底11上生长出顺序层叠的n型氮化物层13、发光层14和p型氮化物层15结构的外延片；优选地，所述基底11和n型氮化物层13之间还形成有缓冲层12，请参考图2所示。利用光刻技术形成具有所需图案的光刻胶保护层，采用感应耦合等离子体（ICP）技术对未被光刻胶保护的p型氮化物层开始进行台阶（Mesa）刻蚀，确保刻蚀至n型氮化物层，然后使用去胶液去除光刻胶，露出的n型氮化物层形成外延片的台阶区域，请参考图3所示。最后，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层16，请参考图4所示；其中，所述直流电子枪的选择和蒸发ITO源沉积ITO薄膜的技术为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。
具体地，在所述步骤S22中，在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层16上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜17，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率，请参考图5所示。作为一种具体的实施例，所述ITO薄膜层的厚度（即电流扩散层的厚度）为285-290纳米，当沉积的ITO薄膜层的厚度为250-260纳米时，开启脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层16上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜17。
在沉积掺杂的ZnO薄膜层的过程中，通过控制脉冲电流的占空比来控制电子枪电路的快速通与断，使得掺杂的ZnO材料的生长方式以间断生长为主，避免出现连续的层状生长，以达到掺杂的ZnO材料沉积的不连续性，从而完成间断排列的掺杂的ZnO薄膜层的制备；优选地，所述掺杂的ZnO材料的生长方式以岛状生长为主。作为一种具体的实施方式，所述脉冲电流的占空比为20%-30%，所述掺杂的ZnO薄膜层的厚度为10-15纳米，该厚度范围的掺杂的ZnO薄膜层能够达到粗化的效果，如果厚度大于15纳米，会降低整体电流扩散层的出光效果，如果厚度小于10纳米，会达不到粗化的效果。
同时，在沉积掺杂的ZnO薄膜层的过程中，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率，即ITO薄膜层用直流电子枪低速沉积，掺杂的ZnO薄膜用脉冲电流电子枪高速沉积，以保证掺杂的ZnO薄膜能够有效地掩埋进ITO薄膜层；同时，在掺杂的ZnO薄膜沉积的过程中，ITO薄膜仍然用直流电子枪低速沉积，可以更好的保证ZnO薄膜被掩埋。作为一种具体的实施方式，所述直流电子枪的沉积速率为0.5-1.2埃/秒，所述脉冲电流电子枪的沉积速率为20-30埃/秒。
所述掺杂的ZnO材料选自掺铟氧化锌、掺镓氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟氧化锌混合物中的一种。因为，这些材料的导电能力与ITO的导电能力相当，当两者同为电流扩散层时，电流扩散比较均匀；同时，都属于折射率相近的透明化物，其折射率都在2.0左右，光在掺杂的ZnO和ITO两者之间穿透时不易发生折射，减少了光的损失。
具体地，在所述步骤S13中，在沉积完掺杂的ZnO薄膜层17的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层16，使掺杂的ZnO薄膜层17掩埋在ITO薄膜层16中。实质上，在步骤S13中，通过继续沉积ITO薄膜，使掺杂的ZnO薄膜层完全掩埋在ITO薄膜层16中，导致掩埋有掺杂的ZnO材料的ITO区域与无掺杂的ZnO材料的ITO区域形成高度差，达到ITO薄膜表面的整体不平整，即达到粗化的效果。作为一种具体的实施方式，所述继续沉积的ITO薄膜层的厚度为15-20纳米；本领域的技术人员应当明白，本步骤中继续沉积的ITO薄膜层的厚度并不局限于此，只要能够使掺杂的ZnO薄膜层完全掩埋即可。
具体地，在所述步骤S24中，在ITO薄膜层上形成光刻胶保护层，刻蚀未被光刻胶保护的外延片的台阶区域的ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层后，直至露出外延片台阶区域内的n型氮化物层，然后使用去胶液去除光刻胶保护层，请参考图7所示。
具体地，在所述步骤S25中，在所述ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层构成的电流扩散层上形成半导体发光器件的正电极181（即P电极），在外延片的台阶区域上形成半导体发光器件的负电极182（即N电极），请参考图8所示；其中，形成正电极181和负电极182是通过沉积金属完成的，所述电极金属选自铬（Cr）/铂（Pt）/金（Au）、镍（Ni）/金（Au）、和钛（Ti）/铝（Al）/钛（Ti）/金（Au）中的一种。
进一步，在所述步骤S25之后，还包括在半导体发光器件表面电极位置以外的区域沉积钝化层19的步骤，请参考图9所示，以对半导体发光器件表面电极位置以外的区域进行保护，免受物理破坏；同时，可防止因静电吸附造成漏电流不良。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S11、提供一承载所述电流扩散层的外延片，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层；
S12、在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率；
S13、在沉积完掺杂的ZnO薄膜层的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层，使掺杂的ZnO薄膜层掩埋在ITO薄膜层中。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源的同时，已沉积的ITO薄膜层的厚度为250-260纳米。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述脉冲电流的占空比为20%-30%。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述掺杂的ZnO薄膜层的厚度为10-15纳米。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述直流电子枪的沉积速率为0.5-1.2埃/秒。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述脉冲电流电子枪的沉积速率为20-30埃/秒。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述掺杂的ZnO材料选自掺铟氧化锌、掺镓氧化锌、掺铝氧化锌、氧化铟氧化锌混合物中的一种。
8.根据权利要求1所述的半导体发光器件中电流扩散层的制备方法，其特征在于，所述继续沉积的ITO薄膜层的厚度为15-20纳米。
9.一种半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S21、提供一外延片，在所述外延片上通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积一ITO薄膜层；
S22、在沉积完85-90%厚度的ITO薄膜层的同时，通过脉冲电流电子枪加热蒸发掺杂的ZnO源，控制脉冲电流的占空比，在所述ITO薄膜层上沉积一层间断排列的掺杂的ZnO薄膜，所述掺杂的ZnO薄膜的沉积速率大于ITO薄膜层的沉积速率；
S23、在沉积完掺杂的ZnO薄膜层的同时，继续通过直流电子枪加热蒸发ITO源沉积ITO薄膜层，使掺杂的ZnO薄膜层掩埋在ITO薄膜层中；
S24、在ITO薄膜层上形成光刻胶保护层，刻蚀未被光刻胶保护的外延片的台阶区域的ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层后，去除光刻胶保护层；
S25、在所述ITO薄膜层和掺杂的ZnO薄膜层构成的电流扩散层上形成半导体发光器件的正电极，在外延片的台阶区域上形成半导体发光器件的负电极。
10.根据权利要求9所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤S25之后，还包括在半导体发光器件表面电极位置以外的区域沉积钝化层的步骤。
11.根据权利要求9所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述外延片包括顺序层叠的基底、n型氮化物层、发光层和p型氮化物层，所述外延片从部分p型氮化物层开始，刻蚀至n型氮化物层，露出的n型氮化物层形成外延片的台阶区域。
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