一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及LED芯片的制作領域，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芯片結構。
【背景技術】
[0002]ZnO是一種新型寬禁帶半導體材料，具有較高的激子束縛能，是未來一種理想的段波長發光器件材料。它具有低介電常數、高化學穩定性以及優異的光電特性，是一種多功能材料，在發光器件、非線性光學器件等領域有非常重要的應用，受到了越來越多的關注。但是本征的ZnO呈η型導電特性，難于實現P型摻雜，雖然諸多國內外報道取得了突破性成果，但當前P行摻雜對于ZnO基發光二極管的制備仍然是重點和難點，使得ZnO器件很難被制作。目前，ZnO有一個良好的應用方向是取代LED行業的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，設計了一種與ZnO相匹配的接觸層，以解決ZnO在替代ITO材料時所面臨的上述問題。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的問題，本實用新型提供一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結構及其制作方法，該專利不僅能夠改善ZnO在LED上的應用，同時也提升了 LED器件的光提取率。
[0004]本實用新型的技術方案為:一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結構，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、發光多量子阱結構、電子阻擋層、Mg摻雜P型GaN層、接觸層和ZnO透明導電層；優選地，所述的接觸層，厚度為1-1Onm ;優選地，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芯片結構的制作方法，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構，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生長發光層多量子阱結構，包括如下子步驟:
[0009]S2.1生長皇層:將生長溫度設定在700-900°C，反應器的壓力為100_500Torr，通入10-60L的高純氨氣和10-90L的高純氮氣，通入流量為10-600sccm的三乙基鎵、三甲基鎵、三甲基銦、三甲基鋁，生長時間為20-600S，多量子阱中的In含量和Al含量依據生長結構改變其In源流量、Al源流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數來實現；
[0010]S2.2生長阱層:將生長溫度設定在700-900°C，反應器的壓力為100-500Torr，通入10-60L的高純氨氣和10-90L的高純氮氣，通入流量為10-600sccm的三乙基鎵、三甲基嫁、二甲基銦、二甲基銷，生長時間為20_600s，多量子講中的In含量和Al含量可依據生長結構改變其In源流量、Al源流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數來實現；
[0011]S2.3交替生長阱層和皇層，生長2-30個周期的多量子阱；
[0012]S3將生長溫度設定在800-900 °C，生長AlGaN電子阻擋層，反應器的壓力為100-500Torr，通入10-60L的高純氨氣和10-90L的高純氮氣，通入流量為10_600sccm的三乙基鎵、三甲基鎵、三甲基鋁，生長時間為20-600S，Al含量可依據生長結構改變其Al源流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數來實現；
[0013]S4 700-1200°C下生長一層50-500nm的Mg摻雜(重摻雜)P型GaN層；
[0014]S5在反應器內生長AlxInyGa1^N接觸層，將反應器生長溫度控制為400-1000 °C，通入10-60L的高純氨氣和10-90L的高純氮氣，再通入流量為10-600sccm的三乙基鎵、三甲基銦、三甲基鎵、三甲基鋁，控制反應器的壓力為100-500Torr，生長時間為20-600s，In、Al含量可依據生長結構改變其In源流量，Al源流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數來實現；
[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，先停止通入摻雜源、鋁源、銦源和鎵源，工藝條件穩定后再制作下一材料層。
[0016]S6將生長溫度設定在300-700 °C范圍內生長ZnO透明導電層，通入氧氣為反應氣體，鋅源(如二乙基鋅)的氣體流量控制為50-500sccm，可一并通入AL源進行摻雜以增強導電性能，控制反應室的壓力為5-lOOtorr，各材料的組分可進一步通過改變其流量、生長溫度和生長壓力等工藝參數來優化。
[0017]本實用新型的有益效果為:目前LED芯片中由于ZnO難于實現P型摻雜，其作為N型材料制作到P層上時會形成P-N結，使得整體的電壓升高。為了減弱這個P-N結的作用，降低LED的整體工作電壓，本實用新型這兩者之間添加了一個接觸層，該接觸層與P層、ZnO透明導電層均有良好的接觸，從而改善了 ZnO在LED上的應用中電壓高、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、吸光少的優點，從而有效提升了 LED器件的光提取率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[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透明導電層，10-電極。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明:
[0021]如圖1所示，本實用新型所提供的一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結構，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、發光多量子阱結構5、電子阻擋層6、Mg摻雜P型GaN層7、接觸層8和ZnO透明導電層9，其中緩沖層2為GaN或AlN緩沖層2，η型GaN層4上設有N型電極10，Mg摻雜P型GaN層7設有P型電極10。
[0022]具體實施時，本實用新型的不同實施例區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]上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理和最佳實施例，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。
【主權項】
1.一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結構，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.根據權利要求1所述的與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結構，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、發光多量子阱結構、電子阻擋層、Mg摻雜P型GaN層、接觸層和ZnO透明導電層。
3.根據權利要求2所述的與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結構，其特征在于:所述的接觸層，厚度為1-1Onm0
【專利摘要】本實用新型公開了一種與ZnO薄膜高效匹配的LED芯片結構，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來實現。本實用新型所提供的ZnO-LED芯片結構，改善了ZnO做透明導電層時面臨的電壓高、ESD差和漏電大等問題，具有接觸性好、電壓低、吸光少的優點，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】CN204289496
【申請號】CN201420797017
【發明人】李方芳, 郝銳, 葉國光, 許德裕, 王波, 易翰翔, 劉洋, 吳光芬
【申請人】廣東德力光電有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月17日