CN204289496U - 一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构，包括衬底和在衬底上形成的外延层，其特征在于：所述的外延层上包括接触层和形成于接触层上的ZnO透明导电层，所述的接触层由本征AlxInyGa1-x-yN、P型AlxInyGa1-x-yN和N型AlxInyGa1-x-yN的一种材料层组成或由两种或三种材料层组成超晶格层，同时也介绍了该接触层的制作方法，其含量通过改变In源流量、Al源流量、生长温度和生长压力等参数来实现。本实用新型所提供的ZnO-LED芯片结构，改善了ZnO做透明导电层时面临的电压高、ESD差和漏电大等问题，具有接触性好、电压低、吸光少的优点，从而有效提升了LED器件的光提取率。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED芯片的制作领域，具体的说是一种具有与ZnO薄膜高效匹配的外延接触层的LED芯片结构。
背景技术
ZnO是一种新型宽禁带半导体材料，具有较高的激子束缚能，是未来一种理想的段波长发光器件材料。它具有低介电常数、高化学稳定性以及优异的光电特性，是一种多功能材料，在发光器件、非线性光学器件等领域有非常重要的应用，受到了越来越多的关注。但是本征的ZnO呈n型导电特性，难于实现P型掺杂，虽然诸多国内外报道取得了突破性成果，但当前P行掺杂对于ZnO基发光二极管的制备仍然是重点和难点，使得ZnO器件很难被制作。目前，ZnO有一个良好的应用方向是取代LED行业的ITO材料，ITO材料由于包含的铟、锡这两种元素在地球上是有限的，ZnO的出现很好地解决了这一问题，但ZnO替代ITO后，也面临电压高、ESD差和漏电大等一系列问题，本专利基于此，设计了一种与ZnO相匹配的接触层，以解决ZnO在替代ITO材料时所面临的上述问题。
发明内容
针对现有技术的问题，本实用新型提供一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构及其制作方法，该专利不仅能够改善ZnO在LED上的应用，同时也提升了LED器件的光提取率。
本实用新型的技术方案为：一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构，包括衬底和在衬底上形成的外延层，其特征在于：所述的外延层上包括接触层和形成于接触层上的ZnO透明导电层，所述的接触层由本征AlxInyGa1-x-yN、P型AlxInyGa1-x-yN和N型AlxInyGa1-x-yN的一种材料层组成或由两种或三种材料层组成超晶格层，其中0<x<1，0<y<1，且0<x+y<1。
优选地，所述的外延层包括依次生长的缓冲层、本征GaN层、Si掺杂n型GaN层、发光多量子阱结构、电子阻挡层、Mg掺杂P型GaN层、接触层和ZnO透明导电层；优选地，所述的接触层，厚度为1-10nm；优选地，所述的接触层中，P型AlxInyGa1-x-yN材料层中Mg的掺杂浓度范围、N型AlxInyGa1-x-yN材料层中Si的掺杂浓度范围均为1.0E16/cm3 -- 1.0E- 21/cm3。
一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构的制作方法，其LED包括衬底和在衬底上采用MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)方法生长的外延层结构，其特征在于：所述的生长步骤包括：
S1首先在400-600℃下在衬底上生长15-50nm的GaN缓冲层或在600-1000℃下在衬底上生长10-60nm的AlN缓冲层，再在900-1200℃下生长1.5-4um的本征GaN层（非掺杂或低掺杂浓度的GaN层），然后在900-1200℃下生长1.5-4um的Si掺杂n型GaN层；
S2 生长发光层多量子阱结构，包括如下子步骤：
S2.1 生长垒层：将生长温度设定在700-900℃，反应器的压力为100-500Torr，通入10-60L的高纯氨气和10-90L的高纯氮气，通入流量为10-600sccm的三乙基镓、三甲基镓、三甲基铟、三甲基铝，生长时间为20-600s，多量子阱中的In含量和Al含量依据生长结构改变其In源流量、Al源流量、生长温度和生长压力等工艺参数来实现；
S2.2 生长阱层：将生长温度设定在700-900℃，反应器的压力为100-500Torr，通入10-60L的高纯氨气和10-90L的高纯氮气，通入流量为10-600sccm的三乙基镓、三甲基镓、三甲基铟、三甲基铝，生长时间为20-600s，多量子阱中的In含量和Al含量可依据生长结构改变其In源流量、Al源流量、生长温度和生长压力等工艺参数来实现；
S2.3 交替生长阱层和垒层，生长2-30个周期的多量子阱；
S3 将生长温度设定在800-900℃，生长AlGaN电子阻挡层，反应器的压力为100-500Torr，通入10-60L的高纯氨气和10-90L的高纯氮气，通入流量为10-600sccm的三乙基镓、三甲基镓、三甲基铝，生长时间为20-600s， Al含量可依据生长结构改变其Al源流量、生长温度和生长压力等工艺参数来实现；
S4 700-1200℃下生长一层50-500nm的Mg掺杂（重掺杂）P型GaN层；
S5 在反应器内生长AlxInyGa1-x-yN接触层，将反应器生长温度控制为400-1000℃，通入10-60L的高纯氨气和10-90L的高纯氮气，再通入流量为10-600sccm的三乙基镓、三甲基铟、三甲基镓、三甲基铝，控制反应器的压力为100-500Torr，生长时间为20-600s，In、Al含量可依据生长结构改变其In源流量，Al源流量、生长温度和生长压力等工艺参数来实现；
所述的接触层制作步骤中，不通入掺杂源制作本征AlxInyGa1-x-yN材料层，或通入流量为100-1000sccm的Mg源制作P型AlxInyGa1-x-yN材料层，或通入流量为0.1-100sccm的Si源制作N型AlxInyGa1-x-yN材料层，或制作由两种或三种材料层组成的超晶格层，且在先后制作不同材料层时，先停止通入掺杂源、铝源、铟源和镓源，工艺条件稳定后再制作下一材料层。
S6将生长温度设定在300-700℃范围内生长ZnO透明导电层，通入氧气为反应气体，锌源（如二乙基锌）的气体流量控制为50-500sccm，可一并通入AL源进行掺杂以增强导电性能，控制反应室的压力为5-100torr，各材料的组分可进一步通过改变其流量、生长温度和生长压力等工艺参数来优化。
本实用新型的有益效果为：目前LED芯片中由于ZnO难于实现P型掺杂，其作为N型材料制作到P层上时会形成P-N结，使得整体的电压升高。为了减弱这个P-N结的作用，降低LED的整体工作电压，本实用新型这两者之间添加了一个接触层，该接触层与P层、ZnO透明导电层均有良好的接触，从而改善了ZnO在LED上的应用中电压高、ESD差和漏电大等问题，具有ZnO和P型GaN层接触性能好、电压低、吸光少的优点，从而有效提升了LED器件的光提取率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中，1-衬底，2-缓冲层，3-本征GaN层，4-n型GaN层，5-发光层多量子阱， 6-AlGaN电子阻挡层，7-p型GaN层，8-接触层，9-ZnO透明导电层，10-电极。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本实用新型所提供的一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构，包括衬底1和在衬底1上形成的外延层，所述的外延层包括依次生长的缓冲层2、本征GaN层3、Si掺杂n型GaN层4、发光多量子阱结构5、电子阻挡层6、Mg掺杂P型GaN层7、接触层8和ZnO透明导电层9，其中缓冲层2为GaN或AlN缓冲层2，n型GaN层4上设有N型电极10，Mg掺杂P型GaN层7设有P型电极10。
具体实施时，本实用新型的不同实施例区别主要在于接触层的不同，所述的接触层8由本征AlxInyGa1-x-yN、P型AlxInyGa1-x-yN和N型AlxInyGa1-x-yN的一种材料层组成或由两种或三种材料层组成超晶格层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，在本实施例中，接触层8厚度为1-10nm，P型AlxInyGa1-x-yN材料层中Mg的掺杂浓度范围、N型AlxInyGa1-x-yN材料层中Si的掺杂浓度范围均为1.0E16/cm3 -- 1.0E- 21/cm3。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理和最佳实施例，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。
Claims (3)
1.一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构，包括衬底和在衬底上形成的外延层，其特征在于：所述的外延层上包括接触层和形成于接触层上的ZnO透明导电层，所述的接触层由本征AlxInyGa1-x-yN、P型AlxInyGa1-x-yN和N型AlxInyGa1-x-yN的一种材料层组成或由两种或三种材料层组成超晶格层，其中0<x<1，0<y<1，且0<x+y<1。
2.根据权利要求1所述的与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构，其特征在于：所述的外延层包括依次生长的缓冲层、本征GaN层、Si掺杂n型GaN层、发光多量子阱结构、电子阻挡层、Mg掺杂P型GaN层、接触层和ZnO透明导电层。
3.根据权利要求2所述的与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构，其特征在于：所述的接触层，厚度为1-10nm。
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| CN201420797017.XU CN204289496U (zh) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | 一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104465910A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-03-25 | 广东德力光电有限公司 | 一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构及其制作方法 |
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