一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及LED芯片的制作領(lǐng)域，具體的說是一種具有與ZnO薄膜高效匹配的外延接觸層的LED芯片結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO是一種新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有較高的激子束縛能，是未來一種理想的段波長發(fā)光器件材料。它具有低介電常數(shù)、高化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的光電特性，是一種多功能材料，在發(fā)光器件、非線性光學(xué)器件等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用，受到了越來越多的關(guān)注。但是本征的ZnO呈η型導(dǎo)電特性，難于實(shí)現(xiàn)P型摻雜，雖然諸多國內(nèi)外報(bào)道取得了突破性成果，但當(dāng)前P行摻雜對(duì)于ZnO基發(fā)光二極管的制備仍然是重點(diǎn)和難點(diǎn)，使得ZnO器件很難被制作。目前，ZnO有一個(gè)良好的應(yīng)用方向是取代LED行業(yè)的ITO材料，ITO材料由于包含的銦、錫這兩種元素在地球上是有限的，ZnO的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，但ZnO替代ITO后，也面臨電壓尚、ESD差和漏電大等一系列冋題，本專利基于此，設(shè)計(jì)了一種與ZnO相匹配的接觸層，以解決ZnO在替代ITO材料時(shí)所面臨的上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實(shí)用新型提供一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)及其制作方法，該專利不僅能夠改善ZnO在LED上的應(yīng)用，同時(shí)也提升了 LED器件的光提取率。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)，包括襯底和在襯底上形成的外延層，其特征在于:所述的外延層上包括接觸層和形成于接觸層上的ZnO透明導(dǎo)電層，所述的接觸層由本征AlxInyGai_x_yN、P型AlxInyGai_x_yN和N型AlxInyGai_x_yN的一種材料層組成或由兩種或三種材料層組成超晶格層，其中0〈x〈l，0〈y〈l，且0〈x+y〈l。
[0005]優(yōu)選地，所述的外延層包括依次生長的緩沖層、本征GaN層、Si摻雜η型GaN層、發(fā)光多量子阱結(jié)構(gòu)、電子阻擋層、Mg摻雜P型GaN層、接觸層和ZnO透明導(dǎo)電層；優(yōu)選地，所述的接觸層，厚度為1-1Onm ;優(yōu)選地，所述的接觸層中，P型AlxInyGai_x_yN材料層中Mg的摻雜濃度范圍、N型AlxInyGai_x_yN材料層中Si的摻雜濃度范圍均為1.0E1Vcm3 — 1.0E2Vcm3ο
[0006]一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)的制作方法，其LED包括襯底和在襯底上米用MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposit1n)方法生長的外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的生長步驟包括:
[0007]SI首先在400-600°C下在襯底上生長15_50nm的GaN緩沖層或在600_1000°C下在襯底上生長10-60nm的AlN緩沖層，再在900_1200°C下牛長1.5_4um的本征GaN層(非摻雜或低摻雜濃度的GaN層)，然后在900-1200°C下生長1.5_4um的Si摻雜η型GaN層；
[0008]S2生長發(fā)光層多量子阱結(jié)構(gòu)，包括如下子步驟:
[0009]S2.1生長皇層:將生長溫度設(shè)定在700-900°C，反應(yīng)器的壓力為100_500Torr，通入10-60L的高純氨氣和10-90L的高純氮?dú)?，通入流量?0-600sccm的三乙基鎵、三甲基鎵、三甲基銦、三甲基鋁，生長時(shí)間為20-600S，多量子阱中的In含量和Al含量依據(jù)生長結(jié)構(gòu)改變其In源流量、Al源流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)；
[0010]S2.2生長阱層:將生長溫度設(shè)定在700-900°C，反應(yīng)器的壓力為100-500Torr，通入10-60L的高純氨氣和10-90L的高純氮?dú)?，通入流量?0-600sccm的三乙基鎵、三甲基嫁、二甲基銦、二甲基銷，生長時(shí)間為20_600s，多量子講中的In含量和Al含量可依據(jù)生長結(jié)構(gòu)改變其In源流量、Al源流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)；
[0011]S2.3交替生長阱層和皇層，生長2-30個(gè)周期的多量子阱；
[0012]S3將生長溫度設(shè)定在800-900 °C，生長AlGaN電子阻擋層，反應(yīng)器的壓力為100-500Torr，通入10-60L的高純氨氣和10-90L的高純氮?dú)?，通入流量?0_600sccm的三乙基鎵、三甲基鎵、三甲基鋁，生長時(shí)間為20-600S，Al含量可依據(jù)生長結(jié)構(gòu)改變其Al源流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)；
[0013]S4 700-1200°C下生長一層50-500nm的Mg摻雜(重?fù)诫s)P型GaN層；
[0014]S5在反應(yīng)器內(nèi)生長AlxInyGa1^N接觸層，將反應(yīng)器生長溫度控制為400-1000 °C，通入10-60L的高純氨氣和10-90L的高純氮?dú)猓偻ㄈ肓髁繛?0-600sccm的三乙基鎵、三甲基銦、三甲基鎵、三甲基鋁，控制反應(yīng)器的壓力為100-500Torr，生長時(shí)間為20-600s，In、Al含量可依據(jù)生長結(jié)構(gòu)改變其In源流量，Al源流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)；
[0015]所述的接觸層制作步驟中，不通入摻雜源制作本征AlxInyGa1IyN材料層，或通入流量為100-1000sccm的Mg源制作P型AlxInyGa1IyN材料層，或通入流量為0.1-1OOsccm的Si源制作N型AlxInyGanyN材料層，或制作由兩種或三種材料層組成的超晶格層，且在先后制作不同材料層時(shí)，先停止通入摻雜源、鋁源、銦源和鎵源，工藝條件穩(wěn)定后再制作下一材料層。
[0016]S6將生長溫度設(shè)定在300-700 °C范圍內(nèi)生長ZnO透明導(dǎo)電層，通入氧氣為反應(yīng)氣體，鋅源(如二乙基鋅)的氣體流量控制為50-500sccm，可一并通入AL源進(jìn)行摻雜以增強(qiáng)導(dǎo)電性能，控制反應(yīng)室的壓力為5-lOOtorr，各材料的組分可進(jìn)一步通過改變其流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數(shù)來優(yōu)化。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果為:目前LED芯片中由于ZnO難于實(shí)現(xiàn)P型摻雜，其作為N型材料制作到P層上時(shí)會(huì)形成P-N結(jié)，使得整體的電壓升高。為了減弱這個(gè)P-N結(jié)的作用，降低LED的整體工作電壓，本實(shí)用新型這兩者之間添加了一個(gè)接觸層，該接觸層與P層、ZnO透明導(dǎo)電層均有良好的接觸，從而改善了 ZnO在LED上的應(yīng)用中電壓高、ESD差和漏電大等問題，具有ZnO和P型GaN層接觸性能好、電壓低、吸光少的優(yōu)點(diǎn)，從而有效提升了 LED器件的光提取率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，1-襯底，2-緩沖層，3-本征GaN層，4_n型GaN層，5_發(fā)光層多量子阱，6-AlGaN電子阻擋層，7_p型GaN層，8-接觸層，9_Zn0透明導(dǎo)電層，10-電極。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型所提供的一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)，包括襯底I和在襯底I上形成的外延層，所述的外延層包括依次生長的緩沖層2、本征GaN層3、Si摻雜η型GaN層4、發(fā)光多量子阱結(jié)構(gòu)5、電子阻擋層6、Mg摻雜P型GaN層7、接觸層8和ZnO透明導(dǎo)電層9，其中緩沖層2為GaN或AlN緩沖層2，η型GaN層4上設(shè)有N型電極10，Mg摻雜P型GaN層7設(shè)有P型電極10。
[0022]具體實(shí)施時(shí)，本實(shí)用新型的不同實(shí)施例區(qū)別主要在于接觸層的不同，所述的接觸層8由本征AlxInyGa1^yN,P型AlxInyGa1^yN和N型AlxInyGa1^yN的一種材料層組成或由兩種或三種材料層組成超晶格層，其中0<x<l，0<y< 1，在本實(shí)施例中，接觸層8厚度為1-1Onm, P型AlxInyGa^N材料層中Mg的摻雜濃度范圍、N型AlxInyGai_x_yN材料層中Si的摻雜濃度范圍均為1.0E1Vcm3 — 1.0E2Vcm3O
[0023]上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理和最佳實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)，包括襯底和在襯底上形成的外延層，其特征在于:所述的外延層上包括接觸層和形成于接觸層上的ZnO透明導(dǎo)電層，所述的接觸層由本征AlxInyGai_x_yN、P型AlxInyGanyN和N型AlxInyGa^N的一種材料層組成或由兩種或三種材料層組成超晶格層，其中0〈x〈l，0〈y〈l，且0〈x+y〈l。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的外延層包括依次生長的緩沖層、本征GaN層、Si摻雜η型GaN層、發(fā)光多量子阱結(jié)構(gòu)、電子阻擋層、Mg摻雜P型GaN層、接觸層和ZnO透明導(dǎo)電層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的接觸層，厚度為1-1Onm0
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結(jié)構(gòu)，包括襯底和在襯底上形成的外延層，其特征在于：所述的外延層上包括接觸層和形成于接觸層上的ZnO透明導(dǎo)電層，所述的接觸層由本征AlxInyGa1-x-yN、P型AlxInyGa1-x-yN和N型AlxInyGa1-x-yN的一種材料層組成或由兩種或三種材料層組成超晶格層，同時(shí)也介紹了該接觸層的制作方法，其含量通過改變In源流量、Al源流量、生長溫度和生長壓力等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型所提供的ZnO-LED芯片結(jié)構(gòu)，改善了ZnO做透明導(dǎo)電層時(shí)面臨的電壓高、ESD差和漏電大等問題，具有接觸性好、電壓低、吸光少的優(yōu)點(diǎn)，從而有效提升了LED器件的光提取率。
【IPC分類】H01L33-04, H01L33-00
【公開號(hào)】CN204289496
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420797017
【發(fā)明人】李方芳, 郝銳, 葉國光, 許德裕, 王波, 易翰翔, 劉洋, 吳光芬
【申請(qǐng)人】廣東德力光電有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日