[发明专利]铜硫化物/氧化锌基复合透明电极发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管芯片及其制备方法，特别是一种铜硫化物/氧化锌基复合透明电极发光二极管及其制备方法。

背景技术

理论上LED的发光效能可以高达200lm/W以上，而现在的白光LED则只有100lm/W左右，与节能型荧光灯相比还有一定差距；而且其价格与传统光源相比也有很大的劣势。提高LED的发光效率主要有两种途径：1）提高LED芯片的内量子效率；2）提高LED芯片的外量子效率。目前，超高亮度LED的内量子发光效率已经有非常大的改善，最高已经达到80%，进一步改善的空间不大。因此提高LED芯片的外量子效率是提高LED总发光效率的关键。而传统结构的GaNg基LED由于全反射和吸收等原因，光提取效率只有百分之几，提高空间很大。同时LED芯片发热也影响着大功率LED的质量和寿命。目前采用的提高LED外量子效率的方法主要有：透明衬底技术、金属膜反射技术、表面微结构技术、倒装芯片技术、芯片键合技术、激光剥离技术等。

由于电阻率较高，电流很难在p-GaN表面扩散开来，从而影响LED器件的发光性能。这就需要在p-GaN表面制备一层透明导电层，它既要有较高的光透过率和导电性，同时又要和p-GaN之间形成较好的欧姆接触。如何在p-GaN上制备高质量的TCL对于LED的发展来说是至关重要的。由于p-GaN功函数较大，和电极之间欧姆接触难以形成，所以GaN基LED在工作时很大一部分电压会落在p-GaN欧姆接触的界面上，这也会导致在p-GaN欧姆接触界面上产生大量的热量，从而引起器件失效。目前改善欧姆接触的主要有表面预处理技术、退火技术、采用异质结和超晶格结构技术、重掺杂技术等。而Ni/Au基金属化和ITO透明导电薄膜是其中比较成熟的技术。

近年来，采用Ga、Al、In等掺杂的ZnO导电薄膜受到了越来越多的关注。ZnO与ITO薄膜具有类似的光学和电学性能，甚至某些方面还优于传统的ITO材料：高光透过率、热导率、与GaN晶格更为匹配、较好的化学稳定性以及制备方法多样化。从环境保护角度来说，ZnO不含铟材料，对环境不会造成污染。如何来提高ZnO与p-GaN的接触性能，这对于提高ZnO基LED的质量、使用寿命和发光效率，促使ZnO基LED在照明领域中的应用，有重要意义。但是直接采用ZnO和p型GaN之间很难形成欧姆接触，因为GaN表面在ZnO沉积过程中很容易受到损伤，导致肖特基接触。铜的硫化物都是p型半导体，具有较好的电导率，同时其透过率较好，是比较理想的欧姆接触材料。经实验证明，把铜硫化物插入到p型GaN和氧化锌之间可以明显的降低接触电阻，实现良好的欧姆接触。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种铜硫化物/氧化锌基复合透明电极发光二极管及其制备方法，本发光二极管芯片提高了大功率发光二极管的出光效率，增加p型半导体层电流扩散的均匀性。

为达到上述目的，本发明的构思是：针对当前LED存在的铟资源紧缺、铟的有毒性、工艺复杂等问题，提高采用透过率高、掺杂导电性好、资源丰富的氧化锌作为电流扩展层，为了氧化锌电流扩展与p型氮化镓表面形成良好的欧姆接触，在p型氮化镓表面溅射氧化锌薄膜前先蒸镀一层铜硫化物层，来提高欧姆接触，从而提高LED光效和可靠性。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种铜硫化物/氧化锌基复合透明电极发光二极管，包括蓝宝石衬底、缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓、铜硫化物薄膜、氧化锌基透明电流扩展层、p型金属电极和n型金属电极；所述缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓是在MOCVD中从蓝宝石衬底上依次生长；所述的铜硫化物薄膜沉积在p型氮化镓的表面；所述氧化锌基透明电流扩展层沉积在铜硫化物薄膜上；所述n型金属电极连接n型氮化镓，所述p型金属电极连接氧化锌基透明电流扩展层。

所述氧化锌基透明电流扩展层的材质是ZnO：Ga或ZnO：Al或ZnO：In。

所述铜硫化物薄膜的铜硫化物化学式为Cu_xO，其中x值范围在1到2之间。

一种铜硫化物/氧化锌基复合透明电极发光二极管的制备方法，工艺步骤如下：

1)    用MOCVD的方法在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓，并对外延片进行镁激活退火处理；

2)    使用化学试剂对外延片进行表面处理； 

3)    利用电子束蒸镀或者真空蒸镀或者分子束外延法在p型氮化镓上沉积铜硫化物薄膜；