采用ＭＶＰＥ两步法制备氧化锌透明电极的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用ＭＶＰＥ两步法制备氧化锌透明电极的方法，包括：第一步，生长缓冲层；第二步，生长电极层；其中，生长缓冲层时金属舟的温度比生长电极层低３０至２００℃；生长缓冲层时金属舟的载气流量是生长电极层时的１／１０至１倍；生长缓冲层时衬底的温度比生长电极层时高０至１５０℃。利用本发明专利技术，有效改善了氧化锌透明电极的界面性质，降低了ＬＥＤ的工作电压和串联电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子和光电子材料和器件制造
，具体涉及到一种采用金属源 化学气相沉积(MVPE)两步法制备高界面质量的氧化锌透明电极的方法。
技术介绍
氮化镓(GaN)基发光二级管(LED)具有发光效率高，耗电量少，使用寿命长，安全 可靠性强，全固体发光有利环保，没有二氧化硫，氮化物以及二氧化碳等温室气体排放等诸 多优点，业已成为全球科研工作者的研究热点。在LED的制备工艺中，透明电极的好坏是影 响LED芯片发光效率的一个重要因素。对于发光二极管和激光二极管等电注入发光器件而言，电流的扩展分布对于整个 器件的工作特性，如器件有源区发光的均勻性，散热性能和可靠性等都具有重要的影响。不 仅如此，对于这些发光器件而言，透明电极不仅仅是一个导电电极，还兼具电流扩展层和出 光层的功用。日本、美国、台湾等地区已采用含铟氧化锡(ΙΤ0)、氧化锌(ZnO)等透明电极用于 制作具有高发光效率的GaN-LED。其中，氧化锌透明电极可以制作到上百微米，且ZnO的折 射率在2.0左右，位于氮化镓(折射率2. 5)和空气(折射率1)之间，这使得GaN LED有源 层发出的光更易出射。因此，氧化锌透明电极在GaN-LED的应用前景不可限量。氧化锌透明电极的生长方法有MBE、M0CVD、磁控溅射和水热法等。其中，水热法可 以生长较厚，能充分利用氧化锌材料的优势。因此，水热法生长的氧化锌透明电极的报道最 令人鼓舞。Californiz大学的Thompson等人将水热法生长的500 μ m厚的氧极性ZnO，盐酸 腐蚀后成上截金字塔形，然后通过键合技术做成GaN-LED的透明电极，藉此来提高LED的 光提取效率(Appl. Phys. Lett. 89，171116 (2006))。报道中指出，氧化锌电极的工作电压 高达5. 4V(i20mA)，串联电阻高达90ohm。在改善键合技术无果的情况下，2009年他们通过 水热法直接在GaN-LED上生长了 4 μ m厚的ZnO，使得GaN-LED的工作电压下降到4V左右 (@20mA)，串联电阻降低为 32ohm。(Applied PhysicsExpress 2,042101 (2009)) 金属源化学气相沉积(MVPE)技术利用金属锌蒸气作为金属源，水蒸汽作为氧源， 具有较快的生长速度，目前报道可达到120 μ m/h，可用于生长高质量的氧化锌膜和氧化锌 体材料(氧化锌单晶厚膜剥离衬底后制得)。中国科学院半导体研究所的刘祯，王晓峰，曾一平等人的专利“利用氧化锌提高 LED光提取效率的方法”(申请号200910084159. 5)中报道了在GaN-LED上利用MVPE技术 生长氧化锌透明电极的生长技术以及表面粗化技术；杨华，王晓峰，阮军，王国宏，曾一平申 请的专利“‘透明电极GaN基LED结构及其制作方法”(申请号=200910081994. 3)报道了 在GaN-LED上氧化锌透明电极的制备工艺。与ITO透明电极相比，氧化锌透明电极在GaN-LED上的应用还存在如下问题，电阻 率偏高，工作电压高，串联电阻大等。这些问题也是制备大功率LED的限制因素之一。因此，改善氧化锌透明电极的界面性质，降低LED的工作电压和串联电阻具有十分重要的意义。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种采用MVPE两步法制备氧化锌透明电极的方法，尤其 是具有高界面性质的氧化物透明电极。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种采用MVPE两步法制备氧化锌透明电极的方 法，包括第一步，生长缓冲层；第二步，生长电极层； 其中，生长缓冲层时金属舟的温度比生长电极层时低30至200°C ；生长缓冲层时 金属舟的载气流量是生长电极层时的1/10至1倍；生长缓冲层时衬底的温度比生长电极层 时高0至150°C。上述方案中，所述缓冲层和电极层的其他生长条件相同。上述方案中，所述氧化锌透明电极包括非掺氧化锌透明电极和掺杂氧化锌透明电 极。上述方案中，对于非掺氧化锌透明电极，金属舟中放置金属锌作为金属源。上述方案中，对于掺杂氧化锌透明电极，金属舟中放置掺杂金属和金属锌作为金 属源。(三)有益效果利用本专利技术，有效改善了氧化锌透明电极的界面性质，降低了 LED的工作电压和 串联电阻。附图说明图1是本专利技术提供的采用MVPE两步法制备氧化锌透明电极的方法流程图；图2是氧化锌透明电极与ITO透明电极透射率的比较示意图；图3是采用两步法生长的氧化锌透明电极的GaN-LED样品的电致发光强度与采用 一步法生长的氧化锌和ITO电极的比较示意图；图4是氧化锌和ITO的电流-电压特性示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1是本专利技术提供的采用MVPE两步法制备氧化锌透明电极的方法流 程图，该方法包括以下步骤第一步，生长缓冲层；第二步，生长电极层；其中，生长缓冲层时金属舟的温度比生长电极层时低30至200°C ；生长缓冲层时金属舟的载气流量是生长电极层时的1/10至1倍；生长缓冲层时衬底的温度比生长电极层 时高0至150°C。其中，所述缓冲层和电极层的其他生长条件相同。所述氧化锌透明电极包括非掺 氧化锌透明电极和掺杂氧化锌透明电极。对于非掺氧化锌透明电极，金属舟中放置金属锌 作为金属源；对于掺杂氧化锌透明电极，金属舟中放置掺杂金属和金属锌作为金属源。本专利技术采的MVPE两步法制备氧化锌透明电极的方法，同样适用于其他可用MVPE 法生长的氧化物透明电极，如氧化铟(In2O3)、氧化镉(CdO)等。实施例采用MVPE两步法制备镓掺杂氧化锌透明电极步骤1 将金属锌Zn和金属镓Ga装入金属舟，其中Ga和Zn的比例为5 1(摩 尔比)。步骤2 取一片MOCVD生长的2英寸量子阱结构的GaN-LED样品，清洗后安装在衬 底托上。 步骤3 向反应管和金属舟中通入载气(N2),排出其中空气。步骤4 将金属舟升温到650°C，金属舟载气流量0. 2L/m，氧源鼓泡瓶升温到60°C， 氧源鼓泡瓶载气流量3L/m，衬底温度770。C，生长1分钟。步骤5 将金属舟温度升高到700°C，金属舟载气流量增加到0. 4L/m，衬底温度降 低到740°C，生长5分钟。步骤6 利用掩膜工艺腐蚀一小部分ZnO，露出部分GaN表面；步骤7 利用掩膜工艺刻蚀露出的GaN表面，直至露出N型GaN ；步骤8 电子束蒸发方法在ZnO层铺设P型电极和P型焊盘；步骤9 电子束蒸发方法在N型GaN层铺设N型电极和N型焊盘；步骤10 封装。同时提供两个参照样品1) 一步法生长的氧化锌透明电极作为参照；2)提供按照 常规工艺的ITO透明电极作为参照。注一步法生长氧化锌透明电极没有上述的步骤4，原步骤5修改为金属舟温度设定为700°C，金属舟载气流量0. 4L/m，氧源鼓泡瓶设定为60°C，氧源 鼓泡瓶载气流量3L/m，衬底温度设定为740°C，生长5分钟。其他步骤同。测试结果1)透射率(Transmissivity)，如图2所示。相较ITO透明电极而言，在400至 SOOnm范围内，氧化锌透明电极的透射率更高。2)电致发光(EL)，如图3所示，采用两步法生长的氧化锌透明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用ＭＶＰＥ两步法制备氧化锌透明电极的方法，其特征在于，包括：第一步，生长缓冲层；第二步，生长电极层；其中，生长缓冲层时金属舟的温度比生长电极层时低３０至２００℃；生长缓冲层时金属舟的载气流量是生长电极层时的１／１０至１倍；生长缓冲层时衬底的温度比生长电极层时高０至１５０℃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓峰，杨华，刘祯，曾一平，王国宏，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]