[发明专利]ZnO基透明电极发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管，尤其涉及ZnO基透明电极发光二极管及其制备方法。

背景技术

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GaN，但是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一直备受关注。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 /ZnO:Ga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。

发明内容

本发明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1~20nm，电阻率为10^-4~10^-3Ω·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100~400nm，电阻率为10^-4~10^-3Ω·cm。

本发明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，本发明还提供了制备该ZnO基透明电极发光二极管的方法，包括如下步骤：