一種ITO粗化的GaN基LED晶片及其製備方法
2024-04-05 15:06:05
一種ITO粗化的GaN基LED晶片及其製備方法
【專利摘要】本發明公開一種ITO粗化的GaN基LED晶片及其製備方法，包括如下步驟：在GaN基LED外延片表面沉積ITO作為透明導電層；再置入稀鹽酸溶液進行無掩模的溼法腐蝕；用去離子水清洗後烘烤；再在表面塗覆一層增粘劑；再塗覆一層正性或負性光刻膠，在熱板上烘烤後，使用具有微米尺寸結構的光刻掩模版進行普通紫外曝光，並再次在熱板上烘烤；將基片置入顯影液中顯影；用去離子水清洗後放入烤箱烘烤；再置入稀鹽酸溶液進行有掩模的溼法腐蝕；去除光刻膠後高溫退火。本發明在LED晶片的ITO透明導電層同時製備納米尺寸和微米尺寸的微結構，具有更高的光輸出功率。本發明適用於LED生產線批量生產、無需增加額外設備且低成本。
【專利說明】—種ITO粗化的GaN基LED晶片及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及GaN基LED晶片領域，具體涉及ITO表面粗化的GaN基LED晶片及製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著GaN基LED的應用越來越廣泛，如何使用生產線上成熟且低成本的技術實現ITO表面粗化以提高晶片出光效率是產業界重要的研究課題。表面粗化，亦即在晶片表面製備微結構，可增加光線在半導體材料和封裝材料分界面入射角度的隨機性，減少光線發生全反射的機率，從而有效地提聞光提取效率。
[0003]目前實現ITO表面粗化的方案主要有以下幾種。使用紫外光刻技術，在ITO上製備緊密分布的微結構陣列；受衍射極限的限制，這種方法只能實現微米級別的表面微結構；使用電子束光刻技術或者雷射全息光刻技術，在ITO上製備規則齊整的納米尺寸的表面微結構；這種方法不適合生產線的批量生產。納米壓印技術是一種潛在的批量生產技術，但要求廠商額外購買昂貴的專用設備，而且壓印母板的製備較為昂貴，研發成本高，目前尚未成熟。實驗室中還採用在襯底表面旋塗聚苯乙烯納米球或Ni納米粒子懸浮液；或者在襯底表面蒸鍍氯化物並使之吸收水分形成納米島；或者將晶片置入化合物的飽和溶液使之析出沉積納米級顆粒；或者蒸鍍金屬薄膜後高溫退火使金屬團聚形成納米顆粒；這些方法可製備成本較低的納米尺寸的掩模，再通過幹法刻蝕或溼法腐蝕，將圖形轉移到ITO層；但都引入了生產線上原本沒有的額外材料作掩模。
【發明內容】
[0004]針對上述ITO表面粗化方案的缺點，本發明公開一種高光提取效率、適用於LED生產線批量生產、無需增加額外設備且低成本的ITO粗化的GaN基LED晶片及其製備方法。
[0005]為實現上述目的，本發明所採用的技術方案是:(A)使用電子束蒸發在GaN基LED外延片表面沉積一層ITO作為透明導電層；(B)將步驟(A)得到的基片置入稀鹽酸溶液進行無掩模的溼法腐蝕；(C)使用去離子水清洗步驟(B)得到的基片後放入烤箱烘烤；(D)在步驟(C)烘烤後的基片表面塗覆一層增粘劑；(E)再塗覆一層正性或負性光刻膠，在熱板上烘烤後，使用具有微米尺寸結構的光刻掩模版進行普通紫外曝光，並再次在熱板上烘烤；
(F)將步驟(E)得到的基片置入顯影液中顯影；(G)使用去離子水清洗後放入烤箱烘烤；(H)再置入稀鹽酸溶液進行有掩模的溼法腐蝕；(I)去除光刻膠後高溫退火。
[0006]所述製備步驟(A)中電子束蒸發工藝的特徵是，蒸鍍過程中氧氣流量為Isccm~20sccm,沉積溫度為 150°C ~300°C，ITO 的厚度為 100nm~1000nm。
[0007]進一步優化地，步驟(B)和(H)中溼法腐蝕工藝是，鹽酸濃度為3%~50%，腐蝕溫度為10°C~80°C，腐蝕時間根據鹽酸濃度和腐蝕溫度調整，範圍不超過5sec~60min。
[0008] 進一步優化地，步驟(C)和(G)中烤箱烘烤工藝的特徵是，溫度為50°C~200°C，烘烤時間為30sec~60min。[0009]進一步優化地，步驟(D)中增粘劑塗覆工藝是，塗覆工藝是真空蒸注技術和旋塗技術中的一種。
[0010]進一步優化地，步驟(E)中熱板烘烤工藝是，熱板烘烤的時間不超過3min，溫度不超過120°C。
[0011]進一步優化地，步驟(F)中顯影工藝是，顯影液使用磁力攪拌、循環泵、毛刷輥、人工晃動攪拌方法中的一種以上，顯影液溫度波動不超過4°C，溫度均勻性優於±2°C。
[0012]進一步優化地，步驟(I)中退火工藝是，在惰性氣氛下退火，退火溫度為3000C ?800°C，退火時間為 3mirT60min。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1、本發明在LED晶片的ITO透明導電層同時製備納米尺寸和微米尺寸的微結構，相比單獨製備納米尺寸結構或者單獨製備微米尺寸結構的晶片，具有更高的光輸出功率。
[0014]2、本發明完全基於LED生產線的現有成熟工藝和原材料，無需增加額外設備和原材料。
[0015]3、本發明使用普通紫外光刻工藝和兩步溼法腐蝕工藝，成本低廉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為ITO未粗化的基片示意圖。
[0017]圖2為ITO無掩模溼法腐蝕實現納米尺寸粗化後的基片示意圖。
[0018]圖3為使用正性光刻膠做光刻，ITO有掩模溼法腐蝕實現微米尺寸粗化後的基片示意圖。
[0019]圖4為使用負性光刻膠做光刻，ITO有掩模溼法腐蝕實現微米尺寸粗化後的基片示意圖。
[0020]圖5為GaN基LED晶片的輸入電流-輸出光功率曲線。
[0021]圖中，1、襯底，2、n型半導體材料，3、多量子阱發光層，4、p型半導體材料，5、IT0電
流擴展層。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖和實施例對本發明的具體實施作進一步說明，但本發明的實施和保護範圍不限於此。
[0023]實施例1
對於GaN基LED外延片，其結構如圖1所述，包含襯底1、η型半導體材料2、多量子阱發光層3和P型半導體材料4，使用電子束蒸發沉積ΙΤ0，蒸鍍過程中氧氣流量3.5sccm,溫度250°C，ITO厚度230nm。蒸鍍完成後，ITO表面平整，基片橫截面的示意圖如圖1所示。隨後將基片置入20wt%的稀鹽酸溶液進行無掩模的溼法腐蝕，腐蝕液使用水浴法加熱，溫度為25°C，腐蝕IOsec後，ITO表面出現隨機分布的納米尺寸的微結構，基片橫截面的示意圖如圖2所示。使用去離子水清洗基片後放入120°C的烤箱烘烤5min。接著在基片表面旋塗一層六甲基二矽氮烷作為增粘劑，並在100°C熱板上烘烤20sec。在基片上旋塗一層光刻膠，在100°C熱板上烘烤150sec後，使用具有三角晶格排列的圓孔陣列(圓孔直徑3μπι，圓心間距6 μ m)的光刻掩模版進行普通紫外曝光。再將基片置入不斷晃動的顯影液中顯影50sec，顯影液使用水浴法加熱，溫度30°C。使用去離子水清洗後放入120°C的烤箱烘烤30min。然後將外延片置入20%的稀鹽酸溶液進行有掩模的溼法腐蝕,腐蝕液使用水浴法加熱,溫度50°C，腐蝕時間為7sec。最後用丙酮、異丙醇和去離子水清洗去除光刻膠，再在流量為lL/min的氮氣氣氛下退火15min，退後溫度為500°C。光刻工藝使用正性光刻膠時，則基片橫截面的示意圖如圖3所示。光刻工藝使用負性光刻膠時，則基片橫截面的示意圖如圖4所示。製備的GaN基LED晶片的輸入電流-輸出光功率曲線如圖5所示，結果顯示，相比ITO無粗化的LED晶片，ITO納米粗化的LED晶片的輸出光功率提升10%以上，而ITO納米粗化+微米粗化的LED晶片的輸出光功率提升15%以上。
[0024]實施例2
使用電子束蒸發沉積ΙΤ0，蒸鍍過程中氧氣流量20SCCm，溫度300°C，IT0厚度lOOOnm。蒸鍍完成後，ITO表面平整，基片橫截面的示意圖如圖1所示。隨後將基片置入5wt%的稀鹽酸溶液進行無掩模的溼法腐蝕，腐蝕液使用水浴法加熱，溫度為70°C，腐蝕20min後，ITO表面出現隨機分布的納米尺寸的微結構，基片橫截面的示意圖如圖2所示。使用去離子水清洗基片後放入200°C的烤箱烘烤lOmin。接著在基片表面旋塗一層六甲基二矽氮烷作為增粘劑，並在100°C熱板上烘烤20sec。在基片上旋塗一層光刻膠，在100°C熱板上烘烤150sec後，使用具有三角晶格排列的圓孔陣列的光刻掩模版進行普通紫外曝光。再將基片置入不斷晃動的顯影液中顯影50seC，顯影液使用水浴法加熱，溫度30°C。使用去離子水清洗後放入120°C的烤箱烘烤30min。然後將外延片置入30%的稀鹽酸溶液進行有掩模的溼法腐蝕，腐蝕液使用水浴法加熱，溫度50°C，腐蝕時間為7sec。最後用丙酮、異丙醇和去離子水清洗去除光刻膠，再在氮氣氣氛下退火30min，退後溫度為500°C。光刻工藝使用正性光刻膠時，則基片橫截面的示意圖如圖3所示。光刻工藝使用負性光刻膠時，則基片橫截面的示意圖如圖4所示。
[0025]製備的GaN基LED晶片的輸入電流-輸出光功率曲線參考圖5所示，結果顯示，相比ITO無粗化的LED晶片，ITO納米粗化的LED晶片的輸出光功率提升10%以上，而ITO納米粗化+微米粗化的LED晶片的輸出光功率提升15%以上。
[0026]需說明的是，以上僅僅是本發明的較優的實例，本領域技術人員在本
【發明內容】
所公開的技術方案範圍內，除以上實施方式外，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種ITO粗化的GaN基LED晶片的製備方法，其特徵在於包括如下步驟: (A)使用電子束蒸發在GaN基LED外延片表面沉積一層ITO作為透明導電層； (B)將步驟(A)得到的基片置入稀鹽酸溶液進行無掩模的溼法腐蝕； (C)使用去離子水清洗步驟(B)得到的基片後放入烤箱烘烤； (D)在步驟(C)烘烤後的基片表面塗覆一層增粘劑； (E)再塗覆一層正性或負性光刻膠，在熱板上烘烤後，使用具有微米尺寸結構的光刻掩模版進行普通紫外曝光，並再次在熱板上烘烤； (F)將步驟(E)得到的基片置入顯影液中顯影； (G)使用去離子水清洗後放入烤箱烘烤； (H)再置入稀鹽酸溶液進行有掩模的溼法腐蝕； (I)去除光刻膠後高溫退火。
2.如權利要求1所述的一種ITO粗化的GaN基LED晶片的製備方法，其特徵在於步驟(A)中所述電子束蒸發工藝為:蒸鍍過程氧氣流量為IsccmlOsccm，沉積溫度為1500C "300°C, ITO 的厚度為 IOOnnT1000nm。
3.如權利要求1所述的 一種ITO粗化的GaN基LED晶片的製備方法，其特徵在於步驟(B)和(H)中所述溼法腐蝕工藝為:鹽酸濃度為3被%~50被％，腐蝕溫度為10°C~80°C，腐蝕時間根據鹽酸濃度和腐蝕溫度調整，腐蝕時間5se(T60min。
4.如權利要求1所述的一種ITO粗化的GaN基LED晶片的製備方法，其特徵在於製備步驟(C)和(G)中烤箱烘烤工藝為:溫度為50°C ~200°C，烘烤時間為30sec飛Omin。
5.如權利要求1所述的一種ITO粗化的GaN基LED晶片的製備方法，其特徵在於步驟(D)中增粘劑塗覆工藝是真空蒸注技術和旋塗技術中的一種。
6.如權利要求1所述的一種ITO粗化的GaN基LED晶片的製備方法，其特徵在於步驟(E)中熱板烘烤工藝的烘烤的時間不超過3min，溫度不超過120°C。
7.如權利要求1所述的一種ITO粗化的GaN基LED晶片的製備方法，其特徵在於，步驟(F)中所述顯影工藝中，顯影液使用磁力攪拌、循環泵、毛刷輥、人工晃動攪拌方法中的一種以上，顯影液溫度波動不超過4°C，溫度均勻性優於±2°C。
8.如權利要求1所述的一種ITO粗化的GaN基LED晶片的製備方法，其特徵在於步驟(1)所述退火工藝是在惰性氣氛下進行，退火溫度為300°C ~800°C，退火時間為3min~60mino
9.由權利要求f8任一項所述製備方法製得的ITO粗化的GaN基LED晶片。
【文檔編號】H01L33/00GK103904183SQ201410121785
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】黃華茂, 王洪, 胡金勇 申請人:華南理工大學