一种硅基发光器件电极结构及其制备工艺

摘要

本发明公开了一种硅基发光器件电极结构及其制备工艺，电极结构由硅基接触层、光反射层和有机接触层组成，其中所述电极结构从硅基底开始依次为硅基接触层、光反射层和有机接触层；所述电极结构的侧壁与所述硅基底呈角度，且所述电极结构与相邻凹槽的宽深比不小于2：1。本发明所述的制备工艺，使用真空蒸发、溅射、离子镀膜或PECVD方法产生所述硅基接触层、光反射层和有机接触层，在刻蚀过程采用多套掩膜版和不同浓度的刻蚀剂使得刻蚀后所述电极结构的侧壁与所述硅基底呈角度，并且在垂直于衬底的方向上过刻；所述电极宽度不大于20μm；所述硅基底中包含驱动电路。本所述的电极结构在侧壁上具有斜面和台阶，有效降低沉积源斜向溅射引起的阴影问题。

权利要求

1.一种硅基发光器件电极结构，包括硅基底，其特征在于，由硅基接触层、光反射层和有机接触层组成，其中所述电极结构从硅基底开始依次为硅基接触层、光反射层和有机接触层；所述电极宽度不大于20μm；所述电极结构的侧壁与所述硅基底呈角度，且相邻电极间凹槽的宽深比不小于2：1，所述硅基底为包含有驱动电路的单晶硅，所述驱动电路至少包括金属氧化物半导体场效应晶体管且向每个电极提供不大于500nA的电流；

所述硅基接触层的材料为Cr、Ti、Ta、Ni金属单质或其任意比例的混合物且厚度为1nm-

50nm，所述光反射层的材料为Al、Ag金属单质或其任意比例的混合物且厚度为50nm-500nm；

所述硅基底、硅基接触层、光反射层和有机接触层形成台阶状，下层比上层宽1-100nm；

所述光反射层为大于等于1层的台阶状结构，下层比上层宽1-100nm；

所述电极表面粗糙度不大于1nm，所述电极侧面粗糙度不大于3nm。

2.如权利要求1所述的硅基发光器件电极结构，其特征在于，所述有机接触层为Cr、Mo、Ni、Pt、Au、Cu、Ti、W、Zr、Ta、ZrOx、VOx、MoOx、AlOx、MoN、TiNx、TiSixNy、WSix、WNx、WSixTy、TaNx、TaSixNy、SiOx、SiNx、SiC、C60中的一种或其任意比例的混合物且厚度为1nm-50nm。

3.如权利要求1所述的硅基发光器件电极结构，其特征在于，所述角度为20°～80°。

4.一种硅基发光器件电极结构的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：依次沉积硅基接触层、光反射层和有机接触层在硅基底上，使用真空蒸发、溅射、离子镀膜或PECVD方法产生所述硅基接触层、光反射层和有机接触层，在刻蚀过程采用多套掩膜版和不同浓度的刻蚀剂使得刻蚀后所述电极结构的侧壁与所述硅基底呈角度，并且在垂直于衬底的方向上过刻，使相邻电极间凹槽的宽深比不小于2：1；所述电极宽度不大于20μm；所述硅基底中包含驱动电路；

所述硅基接触层的材料为Cr、Ti、Ta、Ni金属单质或其任意比例的混合物且厚度为1nm-

50nm，所述光反射层的材料为Al、Ag金属单质或其任意比例的混合物且厚度为50nm-500nm；

所述硅基底、硅基接触层、光反射层和有机接触层形成台阶状，下层比上层宽1-100nm；

所述光反射层为大于等于1层的台阶状结构，下层比上层宽1-100nm；

所述电极表面粗糙度不大于1nm，所述电极侧面粗糙度不大于3nm。

5.如权利要求4所述的硅基发光器件电极结构的制备工艺，其特征在于，所述有机接触层为Cr、Mo、Ni、Pt、Au、Cu、Ti、W、Zr、Ta、ZrOx、VOx、MoOx、AlOx、MoN、TiNx、TiSixNy、WSix、WNx、WSixTy、TaNx、TaSixNy、SiOx、SiNx、SiC、C60中的一种或其任意比例的混合物且厚度为

1nm-50nm。

6.如权利要求4所述的硅基发光器件电极结构的制备工艺，其特征在于，所述角度为

20°～80°。

说明书

一种硅基发光器件电极结构及其制备工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及有机发光二极管制造技术领域，特别是一种硅基发光器件电极结构及其制备工艺。

背景技术

[0002] 目前的硅基发光器件电极结构为多层结构，如授权公告号为CN102629667B的中国发明专利记载的电极结构为Ti、TiN、Al、Ti、TiN五层结构，层数较多，工艺复杂，而且硅基刻蚀工艺做出来的电极侧壁为垂直结构，在后续的等离子溅射工艺中，由于是斜向溅射，垂直的凹槽极易产生阴影效应，造成薄膜不均匀甚至断裂失效，严重影响良率。

[0003] 因此，本领域的技术人员致力于开发一种硅基发光器件电极结构及其制备工艺，层数较少且电极侧壁为斜面，极大消除了垂直凹槽产生的阴影效应。

发明内容

[0004] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何简化硅基发光电极结构以及消除溅射过程中的阴影效应。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种硅基发光器件电极结构，包括硅基底，由硅基接触层、光反射层和有机接触层组成，其中所述电极结构从硅基底开始依次为硅基接触层、光反射层和有机接触层；所述电极宽度不大于20μm；所述电极结构的侧壁与所述硅基底呈角度，且相邻电极间凹槽的宽深比不小于2：1，所述硅基底为包含有驱动电路的单晶硅，所述驱动电路至少包括金属氧化物半导体场效应晶体管且向每个电极提供不大于500nA的电流。

[0006] 进一步地，所述硅基接触层的材料为Cr、Ti、Ta、Ni、ITO金属单质或其任意比例的混合物且厚度为1nm-50nm，所述光反射层的材料为Al、Ag金属单质或其任意比例的混合物且厚度为50nm-500nm，所述有机接触层为ITO、Cr、Mo、Ni、Pt、Au、Cu、Ti、W、Zr、Ta、ZrOx、VOx、MoOx、AlOx、ZnOx、MoN、TiNx、TiSixNy、WSix、WNx、WSixTy、TaNx、TaSixNy、SiOx、SiNx、SiC、C60单质或其任意比例的混合物且厚度为1nm-50nm。

[0007] 进一步地，所述角度为20°～80°。

[0008] 进一步地，所述硅基底、硅基接触层、光反射层和有机接触层形成台阶状，下层比上层宽1-100nm；所述光反射层为大于等于1层的台阶状结构，下层比上层宽1-100nm。

[0009] 进一步地，所述在电极表面覆盖有掺杂的空穴注入层，所述空穴注入层的厚度不小于30nm。

[0010] 进一步地，在所述电极表面粗糙度不大于1nm，所述电极侧面粗糙度不大于3nm。

[0011] 本发明还提供了一种硅基发光器件电极结构的制备工艺，包括以下步骤：依次沉积硅基接触层、光反射层和有机接触层在硅基底上，使用真空蒸发、溅射、离子镀膜或PECVD方法产生所述硅基接触层、光反射层和有机接触层，在刻蚀过程采用多套掩膜版和不同浓度的刻蚀剂使得刻蚀后所述电极结构的侧壁与所述硅基底呈角度，并且在垂直于衬底的方向上过刻，使相邻电极间凹槽的宽深比不小于2：1；所述电极宽度不大于20μm；所述硅基底中包含驱动电路。

[0012] 进一步地，所述硅基接触层的材料为Cr、Ti、Ta、Ni、ITO金属单质或其任意比例的混合物且厚度为1nm-50nm，所述光反射层的材料为Al、Ag金属单质或其任意比例的混合物且厚度为50nm-500nm，所述有机接触层为ITO、Cr、Mo、Ni、Pt、Au、Cu、Ti、W、Zr、Ta、ZrOx、VOx、MoOx、AlOx、ZnOx、MoN、TiNx、TiSixNy、WSix、WNx、WSixTy、TaNx、TaSixNy、SiOx、SiNx、SiC、C60单质或其任意比例的混合物且厚度为1nm-50nm。

[0013] 进一步地，所述角度为20°～80°。

[0014] 进一步地，所述硅基底、硅基接触层、光反射层和有机接触层形成台阶状，下层比上层宽1-100nm；所述光反射层为大于等于1层的台阶状结构，下层比上层宽1-100nm。

[0015] 进一步地，在所述电极表面粗糙度不大于1nm，所述电极侧面粗糙度不大于3nm。

[0016] 本发明所述的电极结构采用Cr、Ti、Ta、Ni、ITO作为与硅基底接触的金属单质，实现了与硅基底良好的欧姆接触，克服由于晶格失配导致膜层出现“爆膜”或“脱膜”的不足。本发明所述的电极结构采用Al或Ag作为光反射层的材料，实现高反射率特性，使器件在同样电流密度下，具有更高的量子效率。本发明所述的电极结构采用ITO、Cr、Mo、Ni、Pt、Au、Cu、Ti、W、Zr、Ta、ZrOx、VOx、MoOx、AlOx、ZnOx、MoN、TiNx、TiSixNy、WSix、WNx、WSixTy、TaNx、TaSixNy、SiOx、SiNx、SiC、C60单质或其任意比例的混合物作为有机接触层的材料，优选的是Mo、ZrOx、VOx、MoOx，其位于有机材料层和光反射层之间，不会产生光的干涉，另外，TiNx、WNx、TaNx也起到改善平整度、提高功函数、提高器件稳定性且防止材料扩散。

[0017] 本发明所述的电极结构由硅基接触层、光反射层和有机接触层组成，其中电极结构从硅基底开始依次为硅基接触层、光反射层和有机接触层；电极结构的侧壁与所述硅基底呈角度，且所述电极结构与相邻凹槽的宽深比不小于2：1。电极侧壁呈斜面的主要目的是消除离子斜向溅射时产生的阴影效应。

[0018] 本发明所述的硅基发光器件电极结构的制备工艺，包括以下步骤：依次沉积硅基接触层、光反射层和有机接触层在所述硅基底上，使用真空蒸发、溅射、离子镀膜或PECVD方法产生所述硅基接触层、光反射层和有机接触层，在刻蚀过程采用多套掩膜版和不同浓度的刻蚀剂使得刻蚀后所述电极结构的侧壁与所述硅基底呈角度，并且在垂直于衬底的方向上过刻。过刻的目的是切断硅基接触层，但是又不能过刻太多，过刻太多则会造成较小的宽深比，加剧阴影效应。

[0019] 本发明所述的硅基发光器件电极结构的制备工艺，除了硅基接触层、光反射层和有机接触层组成三阶台阶，且硅基接触层台阶大于光反射层台阶，光反射层台阶大于有机接触层台阶，而且光反射层自身也由多层构成，内部也构成台阶，台阶加起来总高度为光反射层最大厚度500nm，台阶数量>＝1。

[0020] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

[0021] 图1是本发明的一个较佳实施例的硅基发光器件电极结构剖面示意图；

[0022] 图2是本发明的另一个较佳实施例的硅基发光器件电极结构剖面示意图(电极结构上覆盖有空穴注入层)。

具体实施方式

[0023] 如图1所示，本发明的硅基发光器件电极结构，能显著提高了硅基发光器件的综合良率，简化生产工艺，降低成本。

[0024] 本发明所述的硅基发光器件电极结构，由硅基接触层、光反射层和有机接触层组成，其中电极结构从硅基底开始依次为硅基接触层、光反射层和有机接触层；所述硅基底优选为单晶硅基底、带有P掺杂的单晶硅基底、带有N掺杂的单晶硅基底、绝缘体上硅(SOI)基底，厚度为300μm-750μm。所述硅基底也可采用GaAs、GaN、InP、SiC、ZnSe、蓝宝石作为衬底材料。电极结构的侧壁与硅基底呈角度，且电极结构与相邻凹槽的宽深比不小于2：1。硅基接触层为Ti，光反射层为Al，有机接触层为Ti和TiN的混合物。硅基接触层的厚度为5～10nm，光反射层的厚度为130nm～150nm，有机接触层的厚度为5～30nm。电极结构的侧壁与硅基底呈角度为20°～80°。所述硅基底、硅基接触层、光反射层和有机接触层形成台阶状，下层比上层宽50～100nm；所述光反射层为2层的台阶状结构，下层比上层宽50～100nm。硅基底还包括驱动电路。进一步地，所述电极结构上铺设有机发光材料、共电极金属材料和封装材料。

[0025] 在另一个实例中，所述硅基发光器件电极结构，由硅基接触层、光反射层和有机接触层组成，其中电极结构从硅基底开始依次为硅基接触层、光反射层和有机接触层；所述硅基底优选为单晶硅基底、带有P掺杂的单晶硅基底、带有N掺杂的单晶硅基底、绝缘体上硅(SOI)基底，厚度为450μm-750μm。电极结构的侧壁与硅基底呈角度，且电极结构与相邻凹槽的宽深比不小于2：1。光反射层为Al，有机接触层为Mo和MoOx的混合物。光反射层的厚度为180～200nm，有机接触层的厚度为10～30nm。电极结构的侧壁与硅基底呈角度为25°～70°。
所述硅基底、光反射层和有机接触层形成台阶状，下层比上层宽50nm。硅基底还包括驱动电路。进一步地，所述电极结构上铺设有机发光材料、共电极金属材料和封装材料。

[0026] 在又一个实例中，所述硅基发光器件电极结构由硅基接触层、光反射层和有机接触层组成，其中电极结构从硅基底开始依次为硅基接触层、光反射层和有机接触层；所述硅基底优选为单晶硅基底、带有P掺杂的单晶硅基底、带有N掺杂的单晶硅基底、绝缘体上硅(SOI)基底，厚度为300μm-750μm。电极结构的侧壁与硅基底呈角度，且电极结构与相邻凹槽的宽深比不小于2：1。硅基接触层为Ta，光反射层为Al，有机接触层为Ta和TaN的混合物。硅基接触层的厚度为5nm，光反射层的厚度为150nm～180nm，有机接触层的厚度为50nm。电极结构的侧壁与硅基底呈角度为20°～80°。所述硅基底、硅基接触层、光反射层和有机接触层形成台阶状，下层比上层宽100～150nm。进一步地，所述电极结构上铺设有机发光材料、共电极金属材料和封装材料。

[0027] 上述三个实例中，所述硅基底为包含有驱动电路的单晶硅，所述驱动电路至少包括金属氧化物半导体场效应晶体管且向每个电极提供不大于500nA的电流。

[0028] 本发明还提供了一种硅基发光器件电极结构的制备工艺，包括以下步骤：依次沉积硅基接触层、光反射层和有机接触层在硅基底上，使用真空蒸发、溅射、离子镀膜或PECVD方法产生所述硅基接触层、光反射层和有机接触层，在刻蚀过程采用多套掩膜版和不同浓度的刻蚀剂使得刻蚀后电极结构的侧壁与硅基底呈角度，并且在垂直于衬底的方向上过刻。硅基接触层为Ti，光反射层为Al，有机接触层为Ti和TiN的混合物。硅基接触层的厚度为5～10nm，光反射层的厚度为130～150nm，有机接触层的厚度为5～30nm。电极结构的侧壁与硅基底呈角度为20°～80°。硅基底还包括驱动电路。所述硅基底、硅基接触层、光反射层和有机接触层形成台阶状，下层比上层宽50～100nm；所述光反射层为2层的台阶状结构，下层比上层宽50～100nm。进一步地，所述电极结构上铺设有机发光材料、共电极金属材料和封装材料。

[0029] 在本发明的另一个较佳实施例中，如图2所示，当电极表面和斜面的粗糙度小于1nm时，在本发明所述的电极结构上，覆盖一层掺杂的空穴注入层，厚度为30nm。当电极表面和斜面的粗糙度大于1nm时，在本发明所述的电极结构上，覆盖一层掺杂的空穴注入层，厚度为大于30nm。进一步地，在空穴注入层上，继续制备空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、共电极金属材料和封装材料。

[0030] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。