具有电流扩展增透膜层的GaN基LED芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种GaN基LED(发光二极管）芯片及其制备方法，属于光电子技术领 域。
【背景技术】
[0002]GaN、InN、AlN等具有对称六方晶系结构的m-V族半导体材料，都是直接能隙，因 此非常适合于作为发光器件的材料，其中根据成分的不同，可以得到禁带宽度从6.5eV到 〇.7eV的三元或四元化合物半导体，所对应的发光波长涵盖深紫外光到远红外光的波段范 围。由于GaN系列半导体的这个特点，使得GaN系列半导体材料广泛应用于LED与LD等光电器 件上。
[0003]早期由于GaN晶体与生长衬底的晶格常数不匹配，使得GaN系列蓝绿光LED外延生 长品质与GaAs系列红黄光LED相比相差甚远，直到日本日亚公司成功的将GaN蓝绿光LED结 构生长于(0001)蓝宝石衬底上，使得人类拥有全彩LED的梦想得以实现。相对于Si、SiC等其 它衬底，蓝宝石衬底有稳定性高、技术成熟、机械强度高、性价比高等优点，因此使用蓝宝石 衬底仍然是现在发光二极管产业的主流。
[0004]LED作为光源有着许多无可比拟的优点：发光密度高，电流可以直流注入，极高的 内量子效率，长寿命，体积小以及绿色环保。然后所有半导体LED都面临着同一个问题，如何 提高LED的外量子效率，而外量子效率等于内量子效率与光提取效率的乘积，目前高质量的 LED的内量子效率已经达到90%以上，但是由于光提取效率非常低，以及半导体材料的吸 收，被吸收的光能被转换为热能，致使晶片结温升高，由此又导致LED的色偏，寿命以及电光 转换效率降低等不利影响。
[0005]随着LED芯片尺寸的增大，芯片表面电流扩展对LED光电性能产生较大影响。目前， LED透明电极主要采用氧化铟锡（ITOhlTO具有透明、导电以及更容易与P型GaN形成良好的 欧姆接触。要求ΙΤ0具有较高的透过率以及好的导电性，但是常规使用的单层ΙΤ0薄膜的导 电性能与透明性不可兼得。需要我们找到一种合适的方法实现低阻的ΙΤ0与高的透过率。
[0006]中国专利文献CN102142496A公开了一种P型GaN上双层透明电极，第一层ΙΤ0做为 透明导电层，第二层使用ZnO做为导电层。从而实现好的欧姆接触以及低阻的电流扩散。但 这种方法在一定程度上影响了光线透过率进而半导体发光二极管的光提取效率。
[0007]中国专利文献CN103268882A公开了一种具有微结构增透膜的高压LED芯片，通过 生长SiON做为膜层材料，折射率在1.6-1.7可调，增透膜厚度为LED发光波长的四分之一。同 时将ΙΤ0层上方的增透膜做成具有圆柱状微结构，从而提高半导体发光二极管的光提取效 率。该方法可以从一定程度上提高光提取效率，但是针对ΙΤ0层的增透作用还有一定的提高 空间。
[0008]综上述，针对半导体发光二极管在电流扩展方面以及增透膜技术方面有人做出了 一定的研究。但都针对其中一点做出表述，两者相结合的研究较少，并且都存在一定的提高 空间。
【发明内容】
[0009]针对现有技术的不足，本发明提供一种具有电流扩展增透膜层的GaN基LED芯片， 同时提供一种该LED芯片的制备方法。
[0010]本发明的具有电流扩展增透膜层的GaN基LED芯片，包括由下而上依次设置的η型 GaN层、量子阱层、ρ型GaN层和多层电流扩展增透膜层；多层电流扩展增透膜层和η型GaN层 上分别设置有金属电极;所述多层电流扩展增透膜层由下而上依次包括第一ΙΤ0(氧化铟 锡)薄膜层、第二ΙΤ0薄膜层和第三ΙΤ0薄膜层。
[0011] 所述第一ΙΤ0薄膜层的折射率为1.8-1.9，第二ΙΤ0薄膜层的折射率为1.5-1.6，第 三ΙΤ0薄膜层的折射率为1.6-1.7。
[0012]所述第一ΙΤ0薄膜层的厚度为65-200Α，第二ΙΤ0薄膜层的厚度为700-850Α,第三 ΙΤ0薄膜层的厚度为80-170Α。
[0013] 所述第一ΙΤ0薄膜层的阻值为30-120Ω/sq，第二Ι??薄膜层的阻值为10-20Ω/sq (方块电阻单位），第三ΙΤ0薄膜层的阻值为20-40Ω/sq。
[0014]上述具有电流扩展增透膜层的GaN基LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0015] (1)利用干法刻蚀方法，从P型GaN层至Ijn型GaN层刻蚀出台面结构；
[0016] (2)在步骤(1)形成的外延片上表面沉积第一ΙΤ0薄膜层；
[0017] (3)对第一ΙΤ0薄膜层退火；
[0018] (4)在步骤(3)形成的外延片上表面沉积第二ΙΤ0薄膜层；
[0019] (5)在步骤(4)形成的外延片上表面沉积第三ΙΤ0薄膜层；
[0020] (6)在步骤(5)形成的外延片表面上涂上正性光刻胶，然后通过对准、曝光、显影、 烘干和腐蚀对正性光刻胶进行光刻，光刻只保留P型GaN层上对应的多层电流扩展增透膜； [0021] (7)制作电极；
[0022] (8)对外延片减薄和裂片，得到GaN基LED芯片。
[0023]所述步骤(3)对第一ΙΤ0薄膜层退火的具体过程为：先用丙酮清洗再用乙醇清洗， 然后在温度500~600°C退火15~30分钟。
[0024]所述步骤(7)制作电极的具体过程为:在经过步骤(6)处理的外延片上涂上负性光 刻胶，进行对准、曝光、显影和烘干后对所述负性光刻胶进行光刻，在多层电流扩展增透膜 层和η型GaN层上光刻出ρ型电极和η型电极区域;最后利用电子束蒸方法在所述ρ型电极区 域和η型电极区域分别沉积Cr金属层和Au金属层，剥离负性光刻胶后得到ρ型电极和η型电 极。
[0025]本发明设置有三层ΙΤ0薄膜，具有以下特点：
[0026]1.第一ΙΤ0薄膜层作为欧姆接触层，可以与不同掺杂类型的ρ型GaN形成稳定良好 的欧姆接触。
[0027]2.第二ΙΤ0薄膜层作为电流扩展层，比第一ΙΤ0薄膜层具有更低的阻值，使电流扩 展更加均匀。
[0028] 3.第三ΙΤ0薄膜层与第一ΙΤ0薄膜层和第二ΙΤ0薄膜层相互配合，形成膜组，在波长 455nm处的增透层有更好的透过效果，提高半导体发光二极管的光提取效率。
【附图说明】
[0029]图1是刻蚀出台面结构的GaN基LED外延片的结构示意图。
[0030] 图2是制备有多层电流扩展增透膜层的GaN基LED外延片的结构示意图。
[0031]图3是光刻多层电流扩展增透膜层后的GaN基LED外延片的结构示意图。
[0032]图4是本发明制备的GaN基LED芯片的结构示意图。
[0033]图5是本发明GaN基LED芯片中的多层电流扩展增透膜层的结构示意图。
[0034]图中：l、p型GaN层，2、量子阱层，3、n型GaN层，4、多层电流扩展增透膜层，5、第一 ΙΤ0薄膜层，6、第二ΙΤ0薄膜层，7、第三ΙΤ0薄