CN106449928A - 一种led芯片透明电极及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片透明电极及其制造方法，该透明芯片电极由高透射率的超薄金属掺杂银膜构成，超薄金属掺杂银膜由金属Ag掺杂一定比例的具有高功函数的金属采用共溅射的方式形成，通过控制溅射流量的方法控制金属的掺杂比例，控制溅射的时间可控制超薄金属掺杂银膜的厚度，以此方法形成的超薄金属掺杂银膜为单层金属合金，结构简单，该超薄金属掺杂银膜能与P型半导体形成良好的欧姆接触且具有高的透射率，简化了LED芯片的结构，提高了LED芯片的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光领域，尤其涉及一种LED芯片透明电极及其制备方法。
背景技术
在LED芯片中，铟锡氧化物（ITO）是最常见的透明导电电极，ITO膜具有优良的透光性并且可以和p-GaN形成良好的欧姆接触，但是ITO的机械柔软性差、大尺寸下电流扩展能力不足。同时，全球铟储量有限，在照明、显示等相关产业快速发展的背景下，对ITO材料的需求不断上升，ITO材料的价格也不断上扬。因此，LED产业仍然需要一种高导电、高透光、制造工艺简单的高性能透明电极。
超薄银薄膜具有优良的导电特性和可见光波段的高透光率，可以作为一种潜在的LED芯片透明电极。然而，由于银薄膜的生长模式是Volmer-Weber模式，当银薄膜的厚度低于渗滤阈值（10nm-20nm）时，银薄膜的表面粗超度非常大，这种粗糙的表面会导致严重的光散射损失。与此同时，金属银的功函数和p-GaN的功函数差异比较大，难以形成高质量的欧姆接触。因此，超薄银薄膜还难以实际应用为LED芯片电极。
发明内容
鉴于对高导电、高透光、制造工艺简单的高性能透明电极的需求，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于超薄金属掺杂银膜的LED芯片透明电极及其制造方法。
本发明所述的LED芯片透明电极，为掺杂具有高功函数的金属的超薄银膜，掺杂的原子比为1-10%。
所述的具有高功函数的金属为Ni、Au、Pt、Pd、Rh或Ir等。
所述超薄银薄膜厚度为5~15nm。
本发明的透明电极，掺杂金属可以改善Ag薄膜的三维（3D）生长模式，使得该透明电极表面光滑。因为掺杂金属具有高功率函数，所以透明电极P型半导体形成良好的欧姆接触，同时保持高透光率。
含有本发明所述的透明电极的LED芯片的制备方法如下：
（1）将经过清洗的外延片放入共溅射镀膜腔中，其中外延片结构包括衬底，依次设置于衬底上的N型半导体、多量子阱发光层和P型半导体；
（2）同时溅射Ag靶材和具有高功率函数金属靶材，在外延片上沉积5~15nm的超薄金属掺杂银膜，从而形成LED芯片透明电极；通过控制溅射功率来控制Ag和掺杂金属靶材的溅射流量使得高功函数金属的原子掺杂比例为1%~10%，通过控制溅射时间来控制薄膜的沉积厚度；
（3）将沉积好的外延片取出，采用电感耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀出台阶使N型半导体暴露出来；
（4）在超薄金属掺杂银膜上蒸镀P型焊盘，在暴露的N型半导体上蒸镀N型焊盘。
本发明的有益效果在于：与传统的ITO透明芯片电极相比，超薄金属掺杂银膜不仅具有高的透射率，并能与P型半导体形成良好的欧姆接触，简化了LED芯片电极的结构，满足了对高导电、高透光、制造工艺简单的高性能透明电极的需求。
附图说明
图1是本发明的LED芯片的结构图。
图2是本发明超薄金属掺杂银膜的结构图。
图3是含本发明超薄金属掺杂银膜的LED芯片的加工工艺示意图。
1—衬底、2—N型半导体、3—P型焊盘、4—多量子阱发光层、5—P型半导体、6—透明电极、7—溅射枪、8—Ni靶材、9—Ag靶材、10—超薄金属掺杂银膜、11—外延片、12—共溅射镀膜腔、13—N型焊盘、14—Ag-Ni合金薄膜、15—Ag原子、16—Ni原子。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明的LED芯片透明电极设置于LED芯片上，参照图1，该芯片的结构为：衬底1、依次设置于衬底上的N型半导体2、多量子阱发光层4、P型半导体5、透明电极6、P型焊盘3和设置于N型半导体上的N型焊盘13。
含本发明透明电极的LED芯片的制备方法参照图3，其具体实施步骤如下：
(1)将外延片11经过清洗后放入镀膜腔12中；
(2)分别将纯度为99.99%的Ni靶材8和Ag靶材9装在两溅射枪7的背板上；
(3)将镀膜室抽成2.5×10-3Pa的真空室，通入高纯度的惰性气体Ar（99.999%）；
(4)同时溅射Ag靶材和Ni靶材，控制Ag靶材的沉积速率约为18nm/min，Ni靶材的沉积速率约为1.5nm/min；
(5)参照图2超薄金属掺杂银膜的结构图，共溅射过程中，Ag原子15和Ni原子16互相渗透形成Ag-Ni合金薄膜14，其中金属Ni的掺杂率为1%~10%；
(6)参照图3，不同功率下同时溅射两靶材，在外延片11上沉积超薄金属掺杂银膜10，溅射0.5~0.8min形成厚度为5~15nm的Ag-Ni合金膜；
(7)将沉积好的外延片取出，采用电感耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀出台阶使N型半导体暴露出来；
(8)在超薄金属掺杂银膜上蒸镀P型焊盘，在暴露出的N型半导体上蒸镀N型焊盘；
采用CTLM测试超薄金属掺杂银膜与半导体材料的欧姆接触比电阻率约为4.4×10-4Ω/cm2，可以与半导体材料形成良好的欧姆接触。
Claims (4)
1.一种LED芯片透明电极，为掺杂具有高功函数的金属的超薄银膜，掺杂的原子比为1-10%。
2.根据权利要求1所述的LED芯片透明电极，其特征在于，所述的具有高功函数的金属为Ni、Au、Pt、Pd、Rh或Ir。
3.根据权利要求1所述的LED芯片透明电极，其特征在于，所述超薄银薄膜厚度为5~15nm。
4.含有权利要求1所述的透明电极的LED芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将经过清洗的外延片放入共溅射镀膜腔中，其中外延片结构包括衬底，依次设置于衬底上的N型半导体、多量子阱发光层和P型半导体；
(2)同时溅射Ag靶材和具有高功率函数金属靶材，在外延片上沉积5~15nm的超薄金属掺杂银膜，从而形成LED芯片透明电极；通过控制溅射功率来控制Ag和掺杂金属靶材的溅射流量使得高功函数金属的原子掺杂比例为1%~10%，通过控制溅射时间来控制薄膜的沉积厚度；
(3)将沉积好的外延片取出，采用电感耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀出台阶使N型半导体暴露出来；
(4)在超薄金属掺杂银膜上蒸镀P型焊盘，在暴露的N型半导体上蒸镀N型焊盘。
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