CN103972338A - 一种氧化锌透明电极发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧化锌透明电极发光二极管，包括蓝宝石衬底、缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓、氧化锌保护层、氧化锌基透明电流扩展层、p型金属电极和n型金属电极；所述缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓是在MOCVD中从蓝宝石衬底上依次生长；所述的氧化锌保护层沉积在p型氮化镓的表面；所述氧化锌基透明电流扩展层沉积在氧化锌保护层上；所述n型金属电极连接n型氮化镓，所述p型金属电极连接氧化锌基透明电流扩展层。本发明先采用低功率制备氧化锌保护层再采用高功率制备氧化锌电流扩展层能够和p型氮化镓形成较好的欧姆接触，降低了LED芯片的工作电压和提高了LED芯片的可靠性，同时在生产效率上也获得提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧化锌透明电极发光二极管及其制备方法。
背景技术
在半导体光电领域，如太阳能电池、发光二极管（LED）和平板显示等，透明导电薄膜的应用变得越来越广泛。对于透明导电薄膜材料的选择也是越来越严格。早些年研究者们通过采用薄膜金属作为透明导电薄膜，虽然薄膜金属的导电性能很好，但在光透过率方面表现很差，又容易被氧化，逐步被淘汰。但在上个世纪末透明导电氧化物(TCO)被提了出来，由于TCO其优异的薄膜性能，广受关注，成为近年来研究的热点。TCO材料作为透明导电薄膜被研究主要集中在Zn，In，Sn和Cd等金属上。在众多的透明导电薄膜中，掺锡的氧化铟In2O3:Sn(ITO)研究最多，其技术也较成熟，在太阳能电池、LED、液晶显示、有机发光二极管(OLED)等领域都得到了广泛的应用。但是ITO也有一些缺点：In是稀有金属，含量较少并且价格昂贵；In有毒，对环境会造成污染；制备工艺复杂，需要在高温下进行。所以寻找替代ITO的TCO材料成为了一个迫切需求。近年来，采用Ga、Al、In等掺杂的ZnO导电薄膜受到了越来越多的关注。ZnO导电薄膜具有低电阻率和高可见光透过率，加上其原料丰富，价格便宜，特别是无毒，对环境不会造成污染，使得其成为ITO材料理想的替代品。
制备氧化锌薄膜的方法很多，比如磁控溅射、脉冲激光、化学气相沉积和分子束外延等。在所有的制备方法中磁控溅射被认为是最有应用前景的方法，因为磁控溅射成本低、可以大面积制备以及薄膜结晶度高。但是采用磁控溅射方法，由于溅射所产生的等离子体对氮化镓表面有破坏，导致氧化锌与氮化镓之间的接触电阻太大，这就需要采用合适的溅射制备工艺来减少溅射高能粒子的影响。本发明涉及了磁控溅射方法制备了Ga、Al、In掺杂的ZnO (GZO)透明导电薄膜，通过更改磁控溅射的制备工艺，来获取器件较好的欧姆接触特性，从而提升器件的整体发光性能。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种氧化锌透明电极发光二极管及其制备方法，本发明降低了发光二极管的工作电压，提高了发光二极管的出光效率。
为达到上述目的，本发明的构思是：针对当前LED存在的铟资源紧缺、铟的有毒性、工艺复杂等问题，提高采用透过率高、掺杂导电性好、资源丰富的氧化锌作为电流扩展层，为了氧化锌电流扩展与p型氮化镓表面形成良好的欧姆接触，调整溅射氧化锌的工艺，通过先低功率制备氧化锌保护层，后高功率制备氧化锌电极来提高欧姆接触，从而提高LED光效和可靠性。
根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种氧化锌透明电极发光二极管，包括蓝宝石衬底、缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓、氧化锌保护层、氧化锌基透明电流扩展层、p型金属电极和n型金属电极；所述缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓是在MOCVD中从蓝宝石衬底上依次生长；所述的氧化锌保护层沉积在p型氮化镓的表面；所述氧化锌基透明电流扩展层沉积在氧化锌保护层上；所述n型金属电极连接n型氮化镓，所述p型金属电极连接氧化锌基透明电流扩展层。
所述氧化锌保护层和氧化锌透明电流扩展层的材质是ZnO：Ga（GZO）或ZnO：Al（AZO）或ZnO：In（IZO）。
一种氧化锌透明电极发光二极管的制备方法，工艺步骤如下：
1) 用MOCVD的方法在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓，并对p型氮化镓外延片进行镁激活退火处理；
2) 使用化学试剂对p型氮化镓外延片进行表面处理；
3) 通过磁控溅射法在p型氮化镓外延片上沉积氧化锌保护层；
4) 通过磁控溅射法在氧化锌保护层上制备氧化锌基透明电流扩展层；
5) 用湿法腐蚀或干刻的方法在氧化锌基透明电流扩展层上刻蚀出所设计的氧化锌透明导电薄膜图形；
6) 通过氩离子刻蚀或ICP干法刻蚀将n型氮化镓暴露出来，制备出所需芯片结构；
7) 对n型氮化镓外延片进行退火处理；
8) 通过热蒸发或电子束蒸发的方法沉积p型金属电极和n型金属电极；
9) 进行金属电极的合金化退火处理并分割氮化镓外延片。
所述磁控溅射法可以是射频磁控溅射或是直流磁控溅射。
所述氧化锌保护层采用低功率溅射，溅射功率小于150W，厚度为2到50纳米。
所述氧化锌透明电流扩展层的溅射功率大于150W，厚度为100到600纳米。
所述步骤g）中的退火处理，退火气氛为氮气、空气或真空。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著地进步：
本发明采用的磁控溅射法制备氧化锌透明电极发光二极管，采用了先低功率制备氧化锌保护层，再制备氧化锌电流扩展层，降低了透明电极和p型氮化镓表面的接触电阻，形成更好的欧姆接触，制备工艺简单，成本低廉，p型半导体层电流扩散更均匀。生产效率的提高、可靠性的提高和成本的降低都将推动LED照明的步伐。
附图说明
图1是本发明的发光二极管结构图的主视图。
图2是本发明的发光二极管结构图的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步的说明。
一种采用磁控溅射法制备氧化锌透明电极发光二极管，具体制备方法如下：首先，用MOCVD的方法在蓝宝石衬底1上依次缓冲层2、n型氮化镓3、量子阱4、p型氮化镓5。紧接着对GaN外延片进行镁激活退火处理；然后使用KOH或者HCl或者王水等化学试剂对GaN外延片进行表面处理；通过低功率（50W或100W或150W）磁控溅射方法在氮化镓表面分别沉积2nm或5nm或10nm或50nm的氧化锌保护层6，再通过磁控溅射沉积100或200或300或400或500nm的氧化锌透明电流扩展层7。用湿法腐蚀的方法，将复合透明电极腐蚀出所需图形，再通过离子刻蚀或者ICP刻蚀将n型氮化镓暴露出来，并进行空气或氧气气氛下的退火处理；通过热蒸发或电子束蒸发的方法沉积n型金属电极9和p型金属电极8；最后，进行金属电极的合金化退火处理并分割GaN外延片。
Claims (7)
1.一种氧化锌透明电极发光二极管，包括蓝宝石衬底（1）、缓冲层（2）、n型氮化镓（3）、量子阱（4）、p型氮化镓（5）、氧化锌保护层（6）、氧化锌基透明电流扩展层（7）、p型金属电极（8）和n型金属电极（9）；其特征在于，所述缓冲层（2）、n型氮化镓（3）、量子阱（4）、p型氮化镓（5）是在MOCVD中从蓝宝石衬底（1）上依次生长；所述的氧化锌保护层（6）沉积在p型氮化镓（5）的表面；所述氧化锌基透明电流扩展层（7）沉积在氧化锌保护层（6）上；所述n型金属电极（9）连接n型氮化镓（3），所述p型金属电极（8）连接氧化锌基透明电流扩展层（7）。
2.根据权利要求1所述的氧化锌透明电极发光二极管，其特征在于，所述氧化锌保护层（6）和氧化锌透明电流扩展层（7）的材质是ZnO：Ga（GZO）或ZnO：Al（AZO）或ZnO：In（IZO）。
3.一种氧化锌透明电极发光二极管的制备方法，其特征在于，工艺步骤如下：
a) 用MOCVD的方法在蓝宝石衬底（1）上依次生长缓冲层（2）、n型氮化镓（3）、量子阱（4）、p型氮化镓（5），并对p型氮化镓（5）外延片进行镁激活退火处理；
b) 使用化学试剂对p型氮化镓（5）外延片进行表面处理；
c) 通过磁控溅射法在p型氮化镓（5）外延片上沉积氧化锌保护层（6）；
d) 通过磁控溅射法在氧化锌保护层（6）上制备氧化锌基透明电流扩展层（7）；
e) 用湿法腐蚀或干刻的方法在氧化锌基透明电流扩展层（7）上刻蚀出所设计的氧化锌透明导电薄膜图形；
f) 通过氩离子刻蚀或ICP干法刻蚀将n型氮化镓（3）暴露出来，制备出所需芯片结构；
g) 对n型氮化镓（3）外延片进行退火处理；
h) 通过热蒸发或电子束蒸发的方法沉积p型金属电极（8）和n型金属电极（9）；
i) 进行金属电极的合金化退火处理并分割氮化镓外延片。
4.根据权利要求3所述的氧化锌透明电极发光二极管的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射法是射频磁控溅射或是直流磁控溅射。
5.根据权利要求3所述的氧化锌透明电极发光二极管的制备方法，其特征在于，所述氧化锌保护层（6）采用低功率溅射，溅射功率小于150W，厚度为2到50纳米。
6.根据权利要求3所述的氧化锌透明电极发光二极管的制备方法，其特征在于，所述氧化锌透明电流扩展层（7）的溅射功率大于150W，厚度为100到600纳米。
7.根据权利要求3所述的氧化锌透明电极发光二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤g）中的退火处理，退火气氛为氮气、空气或真空。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140806 |