本发明专利技术公开了一种ZnO基透明电极发光二极管及其制备方法。本发明专利技术的发光二极管包括：在蓝宝石衬底上依次沉积缓冲层、n型GaN层、n型AlGaN层、量子阱、p型AlGaN层，p型GaN层、n型GaN薄层、ZnO基电流扩展层、电极金属和钝化层。其制备方法是：在蓝宝石衬底上依次逐层生长缓冲层、n型GaN层、n型AlGaN层，量子阱、p型AlGaN层、p型GaN层、n型GaN薄层，得到外延片；对外延片进行清洗；在外延片上沉积ZnO基电流扩展层；退火处理；对ZnO基电流扩展层实施光刻；在n型GaN层上刻蚀台阶；在ZnO基电流扩展层和n型GaN层上依次沉积电极金属和钝化层；刻蚀露出电极金属。本发明专利技术的发光二极管能有效降低p型GaN层与ZnO层之间的接触电阻，适合ZnO基透明电极发光二极管的大规模生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发光二极管，尤其涉及。
技术介绍
由于发光二极管(LED)具有节能环保的双重优势，被认为是二十一世纪最有发展前景的新一代节能照明光源，得到了广泛的应用，目前常用的发光二极管的材料为GaNJM是GaN基LED的制备方法还需要不断改进，主要是降低成本和提高发光效率。目前常用的LED p型GaN接触电极材料为Ni/Au，但Ni/Au是不透明的，影响了 GaN基LED的发光效率，如果使用透明电极，会明显提高发光效率。目前，LED透明电极材料主要采用氧化铟锡(ITO)，但由于In为稀有金属，价格昂贵而且有毒性，因此寻找一种物美价廉的透明电极材料取代ITO —直备受关注。氧化锌(ZnO)是一种II -VI族的化合物半导体，对于可见光具有很高的透过率，通过III族元素掺杂，ZnO可以实现较低的电阻率；同时，ZnO与GaN晶格较匹配，自然界储量丰富，具有成本低、无毒、在氢等离子体环境下相对稳定等优良特性，是极佳的GaN基LED的电极材料。欧姆接触问题始终是ZnO用作LED透明电极的一大障碍，特别是对于工作电压较低的LED。p型GaN与ZnO之间很难形成良好的欧姆接触，实验结果表明ZnO直接用作p型GaN透明电极，开启电压较高。造成这一现象的主要原因有1)目前的掺杂工艺很难实现p型GaN的重掺杂，对于一个PN结，如果要实现良好的欧姆接触，这两种类型的半导体材料都需要重掺杂使其具有较高的载流子浓度，才能形成较薄的势垒层，发生隧道效应；即使ZnO能够实现重掺杂，但是由于P型GaN高的功函数(7. 5eV)和低的空穴浓度，在界面间难以形成较薄的势垒层，表现出高接触电阻；2)由于界面间原子的相互扩散，降低了 p型GaN的电学性能，增加了实现欧姆接触的难度。王书方(王书方，表面化学处理和退火对p-GaN /ZnOiGa接触特性的影响[J].发光学报.2010. 31(6) :848-853)等人研究了表面处理和退火对p_GaN/ZnO:Ga接触特性的影响，不论是对GaN表面化学处理还是在N2气氛中退火，GaN层与ZnO层之间均表现出较高的接触电阻；中国专利CN1691358A报道了采用Ni/Au/ZnO作为接触电极，来降低ZnO层与P型GaN层之间的接触电阻；中国专利CN102255028A报道了采用钛/氧化锌复合膜作为透明电极；通过添加金属层会使P型GaN层与ZnO层之间的接触电阻降低，但是金属层透光率较差，在降低接触电阻的同时却损失了电极的透光率。降低P型GaN层与ZnO层之间的接触电阻同时保证电极良好的透光率，对于ZnO用作LED透明电极具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种ZnO基透明电极发光二极管，包括 ——蓝宝石衬底； ——缓冲层设置于所述的蓝宝石衬底上；——n型GaN层设置于所述的缓冲层上； —n型AlGaN层设置于所述的n型GaN层上； ——量子阱设置于所述的n型AlGaN层上； ——p型AlGaN层设置于所述的量子阱上； —P型GaN层设置于所述的p型AlGaN层上； —n型GaN薄层设置于所述 的p型GaN层上； ——ZnO基电流扩展层设置于所述的n型GaN薄层上； ——电极金属设置于所述的n型GaN层的台阶上和所述的ZnO基电流扩展层上； ——钝化层覆盖于所述的n型GaN层台阶上除电极金属之外的区域和所述的ZnO基电流扩展层上。其中，所述的n型GaN薄层的厚度为I 20nm，电阻率为10_4 10_3 Q ； 所述的ZnO基电流扩展层为B、Al、Ga或In掺杂的ZnO薄膜，厚度为10(T400nm，电阻率为 1(T4 KT3Q .Cmtj本专利技术提供的发光二极管包含n型GaN薄层，能有效降低p型GaN层与ZnO层之间的接触电阻，使得电流扩散均匀，明显提高了发光二极管的发光效率和使用寿命；将施主掺杂的ZnO薄膜作为ZnO基电流扩展层，透光率高，化学稳定性好，材料成本低，且有利于环保。此外，本专利技术还提供了制备该ZnO基透明电极发光二极管的方法，包括如下步骤 1)采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在蓝宝石衬底上依次逐层生长缓冲层、n型GaN层、n型AlGaN层，量子阱、p型AlGaN层、p型GaN层、n型GaN薄层，得到外延片； 2)对外延片进行清洗； 3)在外延片上沉积ZnO基电流扩展层； 4)退火处理； 5)对ZnO基电流扩展层实施光刻，形成ZnO薄膜覆盖的p电极区域(10)； 6)在n型GaN层上刻蚀台阶； 7)在ZnO基电流扩展层和n型GaN层上依次沉积电极金属和钝化层，所述的钝化层覆盖在电极金属之上； 8)刻蚀露出电极金属，制得ZnO基透明电极发光二极管。其中，所述的n型GaN薄层的厚度为I 20nm，电阻率为10_4 10_3 Q ^cm ； 所述的ZnO基电流扩展层为B、Al、Ga或In掺杂的ZnO薄膜，厚度为10(T400nm，电阻率为 1(T4 KT3Q .cm ； 所述的步骤3)中沉积ZnO基电流扩展层的方法为电子束蒸发、磁控溅射或脉冲激光沉积； 所述的步骤4)中退火处理的气氛为真空、氩气或氮气，退火温度为50(T90(TC，退火时间为f 40分钟，对外延片进行镁激活的同时改善ZnO薄膜的晶体质量，提高薄膜透光率，降低接触电阻； 所述的步骤5)中的光刻腐蚀液为盐酸、硝酸、硫酸、氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液； 所述的步骤6)中刻蚀方法为电感耦合等离子体刻蚀或反应离子刻蚀；所述的步骤7)中沉积电极金属的方法为电子束蒸发或热蒸发。 本专利技术采用在p型GaN层上先沉积重掺n型GaN薄层，再沉积ZnO基电流扩展层的方法，减小了 p型GaN层与ZnO层之间原子扩散的影响，使得p型GaN层与ZnO层之间形成良好欧姆接触，明显提高了发光二极管的发光效率。本专利技术的方法制备过程简单，适合ZnO基透明电极发光二极管的工业化生产。附图说明 图I和图2为本专利技术的ZnO基透明电极发光二极管的结构示意 图3为实施例2制得的400nm厚Al掺杂ZnO薄膜在可见光范围内的透过率图谱； 图4为实施2制得的ZnO基透明电极发光二极管的电致发光图谱； 图5为实施例3制得的400nm厚Al掺杂ZnO薄膜在可见光范围内的透过率图谱； 图6为实施例3制得的ZnO基透明电极发光二极管在20mA工作电流下的芯片发光图。图中所示 I——蓝宝石衬底，2——缓冲层，3——n型GaN层， 4——n型AlGaN层，5——量子阱，6——p型AlGaN层， 7——p型GaN层，8——n型GaN薄层，9——ZnO基电流扩展层， 10——p电极区域，11——台阶，12——电极金属， 13——钝化层。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例I : 参见图I和图2，本专利技术的ZnO基透明电极发光二极管包括 ——蓝宝石衬底I ; ——缓冲层2设置于所述的蓝宝石衬底I上； ——n型GaN层3设置于所述的缓冲层2上； ——n型AlGaN层4设置于所述的n型GaN层3上； ——量子阱5设置于所述的n型AlGaN层4上； ——p型AlGaN层6设置于所述的量子阱5上； ——P型GaN层7设置于所述的p型Al本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种ZnO基透明电极发光二极管，其特征在于包括 ——蓝宝石衬底(I)； ——缓冲层(2)设置于所述的蓝宝石衬底(I)上； ——n型GaN层⑶设置于所述的缓冲层⑵上； —n型AlGaN层⑷设置于所述的n型GaN层(3)上； ——量子阱(5)设置于所述的n型AlGaN层⑷上； ——p型AlGaN层(6)设置于所述的量子阱(5)上； —P型GaN层(7)设置于所述的p型AlGaN层(6)上； ——n型GaN薄层⑶设置于所述的p型GaN层(7)上； ——ZnO基电流扩展层(9)设置于所述的n型GaN薄层⑶上； ——电极金属(12)设置于所述的n型GaN层(3)的台阶上和所述的ZnO基电流扩展层(9)上； ——钝化层(13)覆盖于所述的n型GaN层(3)台阶上除电极金属(12)之外的区域和所述的ZnO基电流扩展层(9)上。2.根据权利要求I所述的ZnO基透明电极发光二极管，其特征在于所述的n型GaN薄层(8)的厚度为I 20nm，电阻率为IOH .cm。3.根据权利要求I所述的ZnO基透明电极发光二极管，其特征在于所述的ZnO基电流扩展层(9)为B、Al、Ga或In掺杂的ZnO薄膜，厚度为10(T400nm，电阻率为10_4 10_3 Q ^cmt54.制备如权利I要求所述的ZnO基透明电极发光二极管的方法，包括如下步骤 1)采用金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底(I)上依次逐层生长缓冲层(2)、n型GaN 层(3)、n 型 AlGaN 层⑷，量子阱(5)、p 型 AlGaN 层(6)、p 型 GaN 层(7)、n 型 GaN 薄层(8)，得到外延片； 2)对外延片进行清洗； 3)在外延片上沉积ZnO...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶志镇，陈丹，黄靖云，张昊翔，江忠永，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。