[发明专利]一种GaN基LED透明电极图形化的制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于半导体光电子器件领域，具体涉及GaN基发光二极管技术领域，尤其涉及在透明电极上刻制图形化的技术方法。

背景技术

作为新的节能产品，LED产品应用范围越来越广泛，应用领域不断在扩展，尤其在照明、显示器等方面。随之，在LED市场中最受关注的是如何提亮效果。

在LED发光二极管芯片制备中，为了提高光的提取效率，通常在传统的LED上引用垂直结构、倒装芯片、表面粗化，隐形切割等方法，也有大量的文章和专利阐述过，但是每一种方法都有工艺和设备上的不稳定限制，或者成本过高。目前，表面粗化是大家一直在关注的一种技术，在LED各个层表面进行粗化试验，尤其是在透明电极（ITO、ZnO或者石墨烯）表面进行图形化，效果非常好。

申请号为201010226996.X的中国发明申请，用常规光刻掩膜腐蚀工艺在透明导电薄膜上制作空洞，形成带有网状的透明导电薄膜，网状空洞可以很薄或者没有导电层，不仅实现良好的欧姆接触，同时提高了透光率，光的提取效率也提高了。但是此工艺在光刻、腐蚀上成本高、耗时大，并且腐蚀工艺不稳定；申请号为200510073285.2的中国发明申请，提出一种具有表面图形化和微结构的高亮度发光二极管，采用纳米压印技术在发光面上制备各种图形的有机材料薄膜，间接地在LED表面形成有利于有源区发射光逸出的微结构，使得光在出射介质的界面面积得到增加，增加后的表面呈现为大量方向无序排列的小区域，造成光线在有源区和介质的界面上一定程度上是随机出射的。此发明利用的纳米压印设备昂贵，并且制作掩模板工艺复杂。

以上的相关报道表明，在透明电极上各种图形化后，GaN基LED外量子效率大大提高，但是图形化工艺不够均匀，常常引起电压偏高；并且在图形化时，通常用金属或者光刻胶做掩膜，但是金属、光刻成本高，光刻胶毒性大，对生产人员有一定的困难及危险。

发明内容

针对以上问题，本发明选择最常见的SiO₂材料作为掩膜。SiO₂材料绝缘，无毒，工艺简单，最主要是利用SiO₂在不同温度下的结晶图形用做掩膜，避免了传统的光刻胶掩膜、金属掩膜、湿法刻蚀工艺的缺点。

本发明的技术方案为：

一种GaN基LED透明电极图形化的制备方法，其步骤包括：

1）在GaN基外延层上蒸镀厚度在1000 ? ~ 2000?的透明电极；

2）在透明电极上沉积厚度为10 ?~100 ?的SiO₂层；

3）在250~400℃，氮气条件下进行退火5-10分钟，SiO₂层结晶形成SiO₂图形掩膜；所述图形掩膜的图形包括菱形、梯形、圆形、三角形；

4）用干法刻蚀去除裸露在外的透明电极；

5）用HF溶液去除SiO₂图形掩膜。

本发明的优选方案为所述步骤1）中的蒸镀方法为电子束蒸发。

本发明的优选方案为所述透明电极为ITO、ZnO或者单层石墨烯。

本发明的优选方案为所述步骤2）中采用PECVD沉积SiO₂层。

本发明的优选方案为所述步骤4）中的干法刻蚀为ICP或者RIE。

 

本发明在透明电极上图形化，利用SiO₂在不同温度下的结晶特性制备掩膜。本发明中采用250~400℃的温度进行恒温加热退火5-10分钟，然后在室温下自然降温；SiO₂在不同温度中退火，会有β-磷石英、γ-磷石英、β-白硅石、γ-白硅石不同结晶的转变，形成菱形、梯形、圆形、三角形等不同图形的掩膜。

本发明的工艺步骤节省了对SiO₂层的光刻步骤，可以降低光刻成本和耗时、减少光刻胶等有毒物质对人体的危害；实现了高亮度、高效率，低成本的生产宗旨。在干法刻蚀时，根据刻蚀时间调控透明电极刻蚀深度，避免了图形化工艺的不均匀和电压偏高等现象，同时保证了透明电极的高透光率、低电阻率，光提取效率大大提高。该方法还可用于制备GaN基PSS衬底、P外延层和N外延层等各种图形化。

 

附图说明：

图1  已制备有透明电极和SiO₂层的GaN基LED外延层示意图；

图2  SiO₂层经过退火形成图形掩膜的示意图；

图3  透明电极全透图形化的示意图；