[发明专利]一种GaN基发光二极管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管，尤其涉及一种利用纳米碳管(CNT)薄膜作为透明导电电极的 GaN基发光二极管的制备方法。

背景技术

能源危机已威胁到世界各国经济的持续发展，大功率GaN基发光二极管(LED)用 于照明已成为各国实施节能战略的重要举措。目前市售的GaN基LED基本上采用Ni/Au 薄膜作为P电极。选用金属Ni的原因是Ni作为一种理想的氢吸附材料，Au/Ni/P-GaN退 火后可以消弱P-GaN的“氢钝化”作用，从而增加GaN表面载流子浓度，有利于形成良 好的欧姆接触。同时为了满足正面出光的要求，Ni/Au电极必须做得很薄，其可见光透过 率需大于65％；而为了实现P-GaN表面电流的均匀扩展，则要求Ni/Au电极相对较厚， 总厚度一般不少于10nm，这与正面出光LED对光透过率的要求相互矛盾。透明导电铟 锡氧化物(ITO)具有良好的导电性，对可见光和近红外光具有很高的透过率。如果用ITO 薄膜取代半透明的Ni/Au薄膜，既可实现GaN基LED表面电流的均匀扩展又可满足其对 可见光高透过率的要求。然而，ITO薄膜是N型半导体，很难与P-GaN形成良好的欧姆 接触，因此ITO/P-GaN基LED的正向电压太高不能满足应用要求。同时，由于金属In在 自然界的含量很少，ITO的供应受原材料限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用纳米碳管薄膜作为透明导电电极的GaN 基发光二极管的制备方法，该方法制作工艺简单，并且所制备的GaN基发光二极管具有 良好的欧姆接触特性和高光提取效率。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：利用CNT薄膜作为透明导电电极的GaN 基发光二极管的制备方法，该方法包括半导体外延层的生长、在P型GaN层表面上制备 透明导电电极、二维CNT薄膜光子晶体的制备、N型金属电极的形成和P型电极的制备 步骤。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

其一.电极选材合理。

利用透明导电的CNT薄膜作为透明导电电极。与ITO相比，透明导电的CNT薄膜至 少有以下优点：(1)在空气中为P型半导体，功函数较大；(2)制作工艺简单灵活，柔韧 性好，薄膜沉积不受衬底限制；(3)CNT合成工艺简单成熟，不受原材料的限制。

其二.与P-GaN能形成良好的欧姆接触。

GaN基LED芯片是通过在外延衬底上生长N型层、发光层和P型层获得，另外还可 以有选择地生长缓冲层和电流扩展层等。从芯片发光层发出的光在出射到器件外部的过程 中，由于半导体与空气界面的全内反射，一部分光会被反射回来，降低了芯片外量子效率。 提高外量子效率的关键是提高电极与P-GaN的欧姆接触特性和芯片的光提取效率。CNT 薄膜为P型半导体，用CNT薄膜作为透明导电电极与P-GaN能形成良好的欧姆接触。

其三.制作工艺简单，可以大大提高芯片的光提取效率。

CNT薄膜的介电常数可以通过调节其自身的网络密度和厚度实现较宽范围的调节， 因此在CNT薄膜上可以很容易地设计和制作光子晶体，不需要改变芯片外延层结构，并 且制作工艺简单，可以将芯片的光提取效率提高30％。

其四.纳米压印为二维CNT薄膜光子晶体的制作提供了极大的方便。

光子晶体作为一种可控制光波流动的人造材料，由于其具有的特殊性能而在越来越多 的领域得到了应用。但到目前为止，光子晶体的大部分应用仍然只处于实验研究阶段，其 主要原因在于制作大面积、重复性好的光子晶体的工艺手段不够成熟。众所周知，微米尺 度的图形通过可见光的曝光技术就可以实现。当线宽尺寸进一步缩小，这就要求用更短波 长的光作为曝光的光源，导致今天深紫外的曝光工具。采用光波长为193nm的深紫外技 术，其物理极限是100nm线宽的图形曝光。当线宽越来越接近这一物理极限，就需要新 的曝光方法。传统光学光刻技术需利用更短波长的光源，且搭配复杂周边系统，才能实现 100nm以下图案制作。包括X光曝光和电子束曝光等一系列候选的亚100nm线宽图形产 生技术或是量产很低，或是价格极其昂贵。纳米压印技术是一种以模板为基础的纳米制造 技术，该技术通过抗蚀剂的物理形变而不是改变其化学特性来实现图形转移，其分辨率不 受光波波长的限制，可突破传统光刻工艺的分辨率极限。纳米压印技术为光子晶体的制作 提供了极大的方便。