專利名稱：GaN基LED圖形化透明導(dǎo)電薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)化配比P-GaN透明導(dǎo)電接觸薄膜的分布以提高GaN基LED (發(fā) 光二極管)的光效率的方法，屬于發(fā)光二極管器件制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著藍(lán)光LED在照明和顯示屏方面的廣泛應(yīng)用，對GaN基LED管芯的性能指標(biāo)要 求越來越高，LED出光強(qiáng)度的高低成為產(chǎn)品市場競爭中的熱點(diǎn)。常規(guī)藍(lán)寶石襯底的GaN 二 極管管芯的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由上至下依次包括電流擴(kuò)展層(透明導(dǎo)電薄膜)1、P型GaN層 2、量子阱有源區(qū)3、N型GaN層4和藍(lán)寶石襯底5，電流擴(kuò)展層1上設(shè)有P電極6，N型GaN 層4上設(shè)有N電極7。目前，很多提高LED出光強(qiáng)度的技術(shù)往往體現(xiàn)在LED管芯外延生長結(jié) 構(gòu)、倒裝、襯底更換等方面，而這些技術(shù)工藝復(fù)雜、成本高。GaN基LED因?yàn)椴蝗菀椎玫阶銐蚋邼舛容d流子摻雜的ρ型材料，結(jié)果是P-GaN不容 易形成歐姆接觸同時(shí)其材料的電洞遷移率也很低(電流不能很好的擴(kuò)展)。這就使得生長 好的GaN外延片上制作LED管芯結(jié)構(gòu)在P電極和P-GaN層之間加上一層電流擴(kuò)展層，即圖 1中的電流擴(kuò)展層1。對于電流擴(kuò)展層1 一方面要求其導(dǎo)電，能夠與P-GaN形成良好的歐姆 接觸，保證LED的電學(xué)特性，另一方面要求其盡可能透明使得有源層的光能夠發(fā)射出來，保 證其光學(xué)特性及應(yīng)用。目前常見到的電流擴(kuò)展層主要有薄NiAu透明導(dǎo)電薄膜、ITO透明導(dǎo)電薄膜、ZnO透 明導(dǎo)電薄膜等，其中前兩種常見。MAu導(dǎo)電薄膜特點(diǎn)是低歐姆接觸及較高的可靠性，但受 其材料特性及厚度的影響，透過率不是很高，一般藍(lán)光段在60%左右。因此，在顯示屏高亮 藍(lán)光LED的市場需求下NiAu工藝的GaN基LED并沒有太強(qiáng)的競爭力。另一種透明導(dǎo)電薄 膜ITO即銦錫氧化物半導(dǎo)體薄膜，具有很好的導(dǎo)電性和透明性，薄膜的透過率可達(dá)90%以 上。通過退火工藝處理能夠與P-GaN形成歐姆接觸，且選擇合適材料也能在ITO上制作接 觸良好的P焊線電極。在GaN基LED管芯結(jié)構(gòu)中ITO透明導(dǎo)電層存在一個(gè)厚度優(yōu)化配比的 問題，ITO薄膜過厚電流分布擴(kuò)展良好，但光透過率受影響較大，且光散射吸收也嚴(yán)重；ITO 薄膜過薄光透過率高，但電流擴(kuò)展不好電子空穴的復(fù)合效率受限。美國專利US2005/0082547Al 中《LIGHT EMITTING DEVICE HAVING A TRANSPARENT CONDUCTING LAYER》(具有透明導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管)給出一種在P型半導(dǎo)體層上有 均勻分布的點(diǎn)、網(wǎng)、蜂窩狀形狀歐姆接觸層，然后在其上面鍍有均勻的透明ITO層或ZnO層 的LED結(jié)構(gòu)。該專利文獻(xiàn)中提到點(diǎn)、網(wǎng)、蜂窩形狀的歐姆接觸層只針對P型歐姆接觸而言， 一般為不透光的金屬或金屬合金材料，在其上鍍有透明導(dǎo)電層，整個(gè)LED結(jié)構(gòu)出光在歐姆 接觸層上已有部分比例損失，在透明導(dǎo)電層上又會損失部分，該專利文獻(xiàn)中提到的結(jié)構(gòu)甚 至比目前常見的P型層上直接做透明導(dǎo)電層的LED結(jié)構(gòu)在出光效率上還弱，但指出了均勻 點(diǎn)、網(wǎng)、蜂窩形狀層結(jié)構(gòu)。中國專利文獻(xiàn)CN10196819.4《納米圖案ρ型氮化物半導(dǎo)體歐姆接 觸電極及其制備方法》指出P型氮化物上面制作一層納米圖案的導(dǎo)電層，覆蓋層通過納米微 孔與P型氮化物表面接觸，納米微孔結(jié)構(gòu)可以使接觸處肖特基勢壘四周分散而降低接觸電壓，同時(shí)改善電流橫向擴(kuò)展提高光效。該專利文獻(xiàn)中提到的納米微孔結(jié)構(gòu)主要還是覆蓋層 與材料顆粒歐姆接觸及微觀微孔出光方面改善器件光電性能，并不是從宏觀發(fā)光與導(dǎo)電面 積優(yōu)化配比提高光效。針對P-GaN材料上的透明導(dǎo)電薄膜，如何獲得一種電流擴(kuò)展良好能很好導(dǎo)電同時(shí) 光透過率又很高的薄膜成了提高藍(lán)光LED光亮度的爭相研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有GaN基LED上的透明導(dǎo)電薄膜存在的問題，提供一種既能導(dǎo)電、又 具有高透過率的GaN基LED圖形化透明導(dǎo)電薄膜的制作方法。本發(fā)明的GaN基LED圖形化透明導(dǎo)電薄膜的制作方法，是在GaN基LED的外延片上蒸發(fā)或沉積一層透明導(dǎo)電薄膜層，通過常規(guī)光刻掩膜 腐蝕工藝在透明導(dǎo)電薄膜層上制作上孔洞，使透明導(dǎo)電薄膜層成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所有孔洞所 占面積為透明導(dǎo)電薄膜層表面積的5% _40%，每個(gè)孔洞的深度為透明導(dǎo)電薄膜層厚度的 50% -100%，然后再按常規(guī)工藝對透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行退火。透明導(dǎo)電薄膜層可以是ITO層、薄NiAu層、ZnO層或其他能形成歐姆接觸的透明 導(dǎo)電層?？锥纯梢允菆A孔、長方形或其他任意形狀。本發(fā)明通過光刻腐蝕方法把透明導(dǎo)電薄膜制作成網(wǎng)狀圖形，既能起到歐姆接觸導(dǎo) 電的作用，同時(shí)提高了光透過率，有效提高了出光效率。在網(wǎng)狀孔洞區(qū)域?qū)щ妼涌梢院鼙』?沒有導(dǎo)電層，形成表面梯度折射率分布，類光子晶體結(jié)構(gòu)，這樣能夠提高出光效率。本發(fā)明 工藝簡單，相對出光表面粗化工藝更容易控制，且工藝的一致性好，不會影響LED器件的電 學(xué)性能。


圖1是常規(guī)藍(lán)寶石襯底或SiC襯底的GaN 二極管管芯結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是采用本發(fā)明制作的GaN基二極管管芯的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是制作的網(wǎng)狀透明導(dǎo)電薄膜層的示意圖。圖4是另一種圖形分布的網(wǎng)狀透明導(dǎo)電薄膜層的示意圖。圖中1、電流擴(kuò)展層(透明導(dǎo)電薄膜)，2、P型GaN層，3、量子阱有源區(qū)，4、N型GaN 層，5、藍(lán)寶石襯底，6、P電極，7、N電極。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的GaN基LED圖形化透明導(dǎo)電薄膜的制作方法通過增加一次光刻腐蝕工 藝，把原來P-GaN層上的導(dǎo)電薄膜做成網(wǎng)狀圖形結(jié)構(gòu)，該工藝簡單、成本低、能夠有效提高 出光效率。具體過程如下(1)先在GaN基LED的外延片上用電子束蒸發(fā)臺蒸發(fā)一層足夠電流擴(kuò)展的透明導(dǎo) 電薄膜，透明導(dǎo)電薄膜可以是ITO層、薄NiAu層、ZnO層或其他能形成歐姆接觸的透明導(dǎo)電 層。采用ITO層時(shí)，電子束蒸發(fā)的溫度280°C -350°C，通氧量在5SCCm-25SCCm，蒸鍍的ITO 薄膜厚度為250nm-500nm之間。采用其它材料導(dǎo)電薄膜時(shí)可以采用常規(guī)的工藝進(jìn)行蒸鍍。
(2)在蒸發(fā)好透明導(dǎo)電薄膜層的外延片上涂上約2um厚的光刻膠，用孔洞面積占 透明導(dǎo)電薄膜表面積5%-40%的光刻版圖光刻曝光，最后用酸性腐蝕液腐蝕出ITO網(wǎng)狀圖 形，并去除光刻膠。腐蝕出的ITO導(dǎo)電薄膜層的圖形如圖3，孔洞為圓形。每個(gè)孔洞的深度 為透明導(dǎo)電薄膜層厚度的50% -100%，這樣起到接觸導(dǎo)電作用，而在孔洞上由于導(dǎo)電層薄 或沒有導(dǎo)電層，使光能夠很好的透過。得到的GaN基二極管管芯的結(jié)構(gòu)如圖2所示，電流擴(kuò)展層(透明導(dǎo)電薄膜)1成為 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀圖形也可以制成如圖4所示的形狀，孔洞是一系列的長方形。透明導(dǎo)電薄 膜層的網(wǎng)狀圖形形狀分布可以根據(jù)LED管芯結(jié)構(gòu)的電極電流分布選擇不同尺寸比例等。(3)在做好上述處理的外延片上按照常規(guī)工藝制作LED管芯。
權(quán)利要求
一種GaN基LED圖形化透明導(dǎo)電薄膜的制作方法，其特征是在GaN基LED的外延片上蒸發(fā)或沉積一層透明導(dǎo)電薄膜層，通過常規(guī)光刻掩膜腐蝕工藝在透明導(dǎo)電薄膜層上制作上孔洞，使透明導(dǎo)電薄膜層成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所有孔洞所占面積為透明導(dǎo)電薄膜層表面積的5％ 40％，每個(gè)孔洞的深度為透明導(dǎo)電薄膜層厚度的50％ 100％，然后再按常規(guī)工藝對透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行退火。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種GaN基LED圖形化透明導(dǎo)電薄膜的制作方法，在GaN基LED的外延片上蒸發(fā)或沉積一層透明導(dǎo)電薄膜層，通過常規(guī)光刻掩膜腐蝕工藝在透明導(dǎo)電薄膜層上制作上孔洞，使透明導(dǎo)電薄膜層成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所有孔洞所占面積為透明導(dǎo)電薄膜層表面積的5％-40％，每個(gè)孔洞的深度為透明導(dǎo)電薄膜層厚度的50％-100％，然后再按常規(guī)工藝對透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行退火。本發(fā)明通過光刻腐蝕方法把透明導(dǎo)電薄膜制作成網(wǎng)狀圖形，在網(wǎng)狀孔洞區(qū)域?qū)щ妼涌梢院鼙』驔]有導(dǎo)電層，既能起到歐姆接觸導(dǎo)電的作用，又有效提高了出光效率。這樣能夠提高出光效率。本發(fā)明工藝簡單，相對出光表面粗化工藝更容易控制，且工藝的一致性好，不會影響LED器件的電學(xué)性能。
文檔編號H01L33/38GK101908593SQ20101022699
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者劉存志, 徐現(xiàn)剛, 李樹強(qiáng), 沈燕, 鄭鵬 申請人:山東華光光電子有限公司