專利名稱：一種ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明針對(duì)目前GaN基發(fā)光二極管的研究熱點(diǎn)之一——ZnO-TCL工藝技術(shù)來開展。功率型GaN基發(fā)光二極管性能的實(shí)現(xiàn)主要分為三個(gè)方面，第一，生長高質(zhì)量的GaN基發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，此決定發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；其二，光萃取技術(shù)，該技術(shù)是提高器件外量子效率和可靠性的重要技術(shù)；而高電導(dǎo)率和高光透過率的透明導(dǎo)電膜制備技術(shù)是提高發(fā)光二極管光萃取的有效途徑之一；第三，芯片散熱工藝技術(shù)。目前應(yīng)用和研究最多的是銦錫氧化物IT0-TCL，其技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定。故其在太 陽能電池、發(fā)光二極管(LED)、半導(dǎo)體激光器(LD)、液晶顯示器(LCD)等光電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但I(xiàn)TO材料具有以下不足之處(I) In是一種稀有金屬，其蘊(yùn)藏量和產(chǎn)量均有限，成本較高；(2) In有毒，其為重金屬元素且會(huì)污染環(huán)境；(3) ITO在還原氣氛中穩(wěn)定性較差。尋找可替代ITO的新型透明導(dǎo)電薄膜成為研究熱點(diǎn)。ZnO-TCL具有無毒、易于低溫生長、成本低、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，ZnO-TCL有望成為替代ITO-TCL的新一代透明電極材料。目前，發(fā)光二極管芯片的電極加工工藝一般可以分為兩種一種是直接在TCL上表面蒸鍍電極，一般來說，此種做法電極附著力不強(qiáng)，往往容易脫落，影響器件穩(wěn)定性；另夕卜，在后續(xù)封裝工藝中，該做法容易引起透明電極機(jī)械損傷。另一種做法是先將金屬電極下的TCL層刻蝕掉再蒸鍍電極；這種做法破壞了透明電極的完整性，影響電流擴(kuò)展性能，且降低了器件光發(fā)射功率。因此，開發(fā)一種新工藝，使之兼顧金屬電極的附著性、可靠性、電流擴(kuò)展性是開發(fā)高效半導(dǎo)體發(fā)光器件的關(guān)鍵。而為了實(shí)現(xiàn)上述新工藝,必須解決ZnO-TCL的刻蝕問題。對(duì)ZnO基透明導(dǎo)電薄膜來說，濕法可控刻蝕工藝一直都是一個(gè)難題，主要由于ZnO為兩性氧化物，和酸堿反應(yīng)過于強(qiáng)烈，側(cè)向腐蝕嚴(yán)重，影響刻蝕精度，刻蝕速度快，難于控制。而采用干法腐蝕工藝，如ICP刻蝕等，其成本太高，這是ZnO-TCL發(fā)光二級(jí)管器件制造和普及面臨的主要挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光器件的技術(shù)不足，提供一種兼顧電流擴(kuò)展性、金屬電極附著性和可靠性的ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
提供一種ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中包括有襯底及生長在襯底上的半導(dǎo)體外延疊層，該半導(dǎo)體外延疊層由下往上依次包括N型層、MQWS層、P型層及ZnO-TCL層；經(jīng)過濕法刻蝕后，所述N型層的上表面還蒸鍍有N型金屬電極；所述ZnO-TCL層上蒸鍍有P型金屬電極，所述P型金屬電極包括內(nèi)嵌部，所述內(nèi)嵌部內(nèi)嵌至ZnO-TCL層內(nèi)，且所述內(nèi)嵌部的內(nèi)嵌深度小于該ZnO-TCL層的高度。優(yōu)選地，所述P型金屬電極內(nèi)嵌部的橫截面呈梯形或碗狀。
優(yōu)選地，所述P型金屬電極包括突出部，所述突出部置于內(nèi)嵌部的上表面，且所述突出部伸出于所述ZnO-TCL層的上表面。優(yōu)選地，所述ZnO-TCL層結(jié)構(gòu)是單層結(jié)構(gòu)的摻雜非本征氧化鋅。優(yōu)選地，所述ZnO-TCL層結(jié)構(gòu)是疊層結(jié)構(gòu)的摻雜非本征氧化鋅。一種ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，包括以下步驟
1)對(duì)襯底I進(jìn)行清洗后，采用MOCVD外延半導(dǎo)體疊層，依次包括N型層、MQWS層、P型層；取出樣品，再次清洗并烘干，然后放入MOCVD設(shè)備外延ZnO-TCL層；
2)通過濕法刻蝕，將一側(cè)的ZnO-TCL層5刻蝕至P型層4，再利用ICP干法刻蝕將其刻蝕至N型層2，該側(cè)N型層2用于定義N型金屬電極6 ；
3)利用涂膠光刻工藝在ZnO-TCL層上面定義P型金屬電極區(qū)域及圖案，利用弱酸溶液濕法刻蝕ZnO-TCL層，控制刻蝕速率，使刻蝕深度小于ZnO-TCL層的高度，并在該區(qū)域蒸鍍P型金屬電極；
4)利用涂膠光刻工藝在上述步驟2)所述的N型層區(qū)域定義N型金屬電極區(qū)域及圖案，并在該區(qū)域蒸鍍N型金屬電極。優(yōu)選地，步驟2)中所述濕法刻蝕使用的溶液是醋酸、碳酸、氫硫酸、硼酸或氯化物等弱酸鹽。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果為了解決ZnO濕法刻蝕工藝、抑制側(cè)向腐蝕同時(shí)控制刻蝕速率，本發(fā)明采用弱酸濕法刻蝕工藝，實(shí)現(xiàn)可控高精度低成本刻蝕；同時(shí)，刻蝕掉一部分ZnO-TCL層，使其截面呈等梯形或碗狀形，使蒸鍍上去的電極接觸面更廣，附著力更強(qiáng)；另外，由于保留了部分ZnO-TCL層，保證了電流擴(kuò)展層的完整性，可提高電流擴(kuò)展效果，增加其光發(fā)射功率，從而使器件更加穩(wěn)定可靠；再者，該工藝簡單可靠。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。除非特別說明，本發(fā)明采用的材料和加工方法為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)材料和加工方法。即應(yīng)用于不同摻雜的單層ZnO-TCL層或各種不同摻雜疊層結(jié)構(gòu)的ZnO-TCL層，除此之外，本發(fā)明的使用范圍不受限定，除可用于半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)外，還可用于其他類似工藝的半導(dǎo)體元器件中。實(shí)施例I
如圖I所示，一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中包括有襯底I及生長在襯底上的半導(dǎo)體外延疊層，該半導(dǎo)體外延疊層由下往上依次包括N型層2、MQWS層3、P型層4及ZnO-TCL層5 ；經(jīng)過刻蝕后，N型層2的上表面還蒸鍍有N型金屬電極6 ；ZnO-TCL層5上蒸鍍有P型金屬電極7，P型金屬電極7包括內(nèi)嵌部71，內(nèi)嵌部71內(nèi)嵌至ZnO-TCL層內(nèi)，且內(nèi)嵌部71的內(nèi)嵌深度小于該ZnO-TCL層的高度。
P型金屬電極7內(nèi)嵌部的橫截面呈梯形或碗狀。P型金屬電極7包括突出部72，所述突出部72置于內(nèi)嵌部71的上表面，且突出部72伸出于ZnO-TCL層的上表面。ZnO-TCL層(5結(jié)構(gòu)是單層結(jié)構(gòu)的摻雜非本征氧化鋅。ZnO-TCL層5結(jié)構(gòu)是疊層結(jié)構(gòu)的摻雜非本征氧化鋅。一種半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，包括以下步驟
1)對(duì)襯底I進(jìn)行清洗后，采用MOCVD外延半導(dǎo)體疊層，依次包括N型層2、MQWS層3、P型層4 ;取出樣品，再次清洗并烘干，然后放入MOCVD設(shè)備外延ZnO-TCL層5 ；
2)通過濕法刻蝕，將一側(cè)的ZnO-TCL層5刻蝕至P型層4，再利用ICP干法刻蝕將其刻蝕至N型層2，該側(cè)N型層2用于定義N型金屬電極6 ；
3)利用涂膠光刻工藝在ZnO-TCL層5上面定義P型金屬電極7區(qū)域及圖案，利用弱酸溶液濕法刻蝕ZnO-TCL層5，控制刻蝕速率，使刻蝕深度小于ZnO-TCL層5的高度，并在該區(qū)域蒸鍍P型金屬電極7;
4)利用涂膠光刻工藝在上述步驟2)所述的N型層2區(qū)域定義N型金屬電極6區(qū)域及圖案，并在該區(qū)域蒸鍍N型金屬電極6。步驟2)中濕法刻蝕使用的弱酸溶液是醋酸、碳酸、氫硫酸、硼酸或氯化物弱酸鹽。為了使P型金屬電極7內(nèi)嵌在ZnO-TCL層5內(nèi)，利用冰醋酸與水按一定比例進(jìn)行濕法刻蝕ZnO-TCL層5，對(duì)刻蝕時(shí)間進(jìn)行控制，在保留部分ZnO-TCL的情況下，形成TCL凹槽結(jié)構(gòu)，后蒸鍍P型金屬電極7。襯底I材料為藍(lán)寶石襯底。上述ZnO-TCL層5由單層結(jié)構(gòu)ZnO A1或ZnO =Ga或ZnO =In層5. I組成。該半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法如下
通過有機(jī)和無機(jī)溶液對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行清洗后，采用MOCVD外延半導(dǎo)體疊層，依次包括N型層2、MQWS層3、P型層4。取出樣品，再次利用有機(jī)和無機(jī)溶液清洗并烘干，然后放入MOCVD設(shè)備外延ZnO-TCL層5。采用涂膠光刻工藝使一側(cè)的ZnO-TCL層5露出在外面，其他ZnO-TCL層5被膠擋住。利用一定比例冰醋酸與水混合后進(jìn)行濕法刻蝕，刻蝕掉露出的ZnO-TCL層5、P型層4，再利用ICP干法刻蝕將其刻蝕至N型層2。采用涂膠光刻工藝在ZnO-TCL層5上表面定義P型金屬電極7區(qū)域及圖案，利用一定比例冰醋酸與水進(jìn)行濕法腐蝕，腐蝕掉部分露出的ZnO-TCL層5，使被腐蝕ZnO-TCL層5呈凹陷形態(tài)。采用涂膠光刻工藝在ZnO-TCL層5上表面定義P型金屬電極7區(qū)域及圖案，同時(shí)也在N型層2上表面定義N型金屬電極6區(qū)域及圖案。利用蒸鍍機(jī)在露出的電極區(qū)域蒸鍍電極金屬，形成電極。實(shí)施例2
本實(shí)施例除下述特征外，其他均與實(shí)施例I相同如圖2所示，為了更有效的降低器件的工作電壓，其ZnO-TCL層5采用疊層結(jié)構(gòu)Zn0:A15. 2/Zn0:Ga5. l/Zn0:A15. 2 ;并且在定義P型金屬電極7區(qū)域及圖案時(shí)，利用一定比例冰醋酸與水進(jìn)行濕法刻蝕，刻蝕ZnO-TCL層5至 ZnOiGa 層 5. I。實(shí)施例3本實(shí)施例除下述特征外，其他均與實(shí)施例I相同如圖3所示，本實(shí)施例為了更有效的降低器件的工作電壓，同時(shí)提高器件的光萃取效率，其ZnO-TCL層5采用疊層結(jié)構(gòu)ZnO Ga5. I /Zn05. 3，生長過程中通過改變生長工藝參數(shù)，使ZnO層5. 3呈現(xiàn)納米線狀結(jié)構(gòu)；定義P型金屬電極7區(qū)域及圖案時(shí)，利用一定比例冰醋酸與水進(jìn)行濕法刻蝕，刻蝕ZnO-TCL層5 至 ZnOiGa 層 5. I。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中包括有襯底(I)及生長在襯底上的半導(dǎo)體外延疊層，該半導(dǎo)體外延疊層由下往上依次包括=N型層(2)、MQWS層(3)、P型層(4)及ZnO-TCL層(5);其特征在于經(jīng)過刻蝕后，所述N型層(2)的上表面還蒸鍍有N型金屬電極(6);所述ZnO-TCL層(5)上蒸鍍有P型金屬電極(7)，所述P型金屬電極(7)包括內(nèi)嵌部(71)，所述內(nèi)嵌部(71)內(nèi)嵌至ZnO-TCL層內(nèi)，且所述內(nèi)嵌部(71)的內(nèi)嵌深度小于該ZnO-TCL層的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述P型金屬電極(7)內(nèi)嵌部的橫截面呈梯形或碗狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述P型金屬電極(7)包括突出部(72)，所述突出部(72)置于內(nèi)嵌部(71)的上表面，且所述突出部(72)伸出于所述ZnO-TCL層的上表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述ZnO-TCL層(5)結(jié)構(gòu)是單層結(jié)構(gòu)的摻雜非本征氧化鋅。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于所述ZnO-TCL層(5)結(jié)構(gòu)是疊層結(jié)構(gòu)的摻雜非本征氧化鋅。
6.一種ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)對(duì)襯底(I)進(jìn)行清洗后，采用MOCVD外延半導(dǎo)體疊層，依次包括N型層(2)、MQWS層(3)、P型層(4);取出樣品，再次清洗并烘干，然后放入MOCVD設(shè)備外延ZnO-TCL層(5)； 2)通過濕法刻蝕，將一側(cè)的ZnO-TCL層(5)刻蝕至P型層(4)，再利用ICP干法刻蝕將其刻蝕至N型層(2 )，該側(cè)N型層(2 )用于定義N型金屬電極(6 ); 3)利用涂膠光刻工藝在ZnO-TCL層(5)上面定義P型金屬電極(7)區(qū)域及圖案，利用弱酸溶液濕法刻蝕ZnO-TCL層(5)，控制刻蝕速率，使刻蝕深度小于ZnO-TCL層(5)的高度，并在該區(qū)域蒸鍍P型金屬電極(7 ); 4)利用涂膠光刻工藝在上述步驟2)所述的N型層(2)區(qū)域定義N型金屬電極(6)區(qū)域及圖案，并在該區(qū)域蒸鍍N型金屬電極(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于步驟2)中所述濕法刻蝕使用的溶液是醋酸、碳酸、氫硫酸、硼酸或氯化物等弱酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種ZnO-TCL半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，其中包括襯底及生長在襯底上的半導(dǎo)體外延疊層，該半導(dǎo)體外延疊層由下往上依次包括N型層、MQWS層、P型層及ZnO-TCL層；經(jīng)過濕法刻蝕后，N型層的上表面還蒸鍍有N型金屬電極；ZnO-TCL層上蒸鍍有P型金屬電極，P型金屬電極包括內(nèi)嵌部，內(nèi)嵌部內(nèi)嵌至ZnO-TCL層內(nèi)，且內(nèi)嵌部的內(nèi)嵌深度小于該ZnO-TCL層的高度。本發(fā)明采用弱酸濕法刻蝕工藝，實(shí)現(xiàn)可控高精度低成本刻蝕；刻蝕掉一部分ZnO-TCL層，使其截面呈等梯形或碗狀形，使蒸鍍上去的電極接觸面更廣，附著力更強(qiáng)；由于保留了部分ZnO-TCL層，保證電流擴(kuò)展層的完整性，可提高電流擴(kuò)展效果。
文檔編號(hào)H01L33/38GK102800777SQ201210170799
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者裴艷麗, 吳錦壁, 江灝, 范冰豐, 王鋼 申請(qǐng)人:中山大學(xué)