一种ITO粗化的GaN基LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种ITO粗化的GaN基LED芯片及其制备方法，包括如下步骤：在GaN基LED外延片表面沉积ITO作为透明导电层；再置入稀盐酸溶液进行无掩模的湿法腐蚀；用去离子水清洗后烘烤；再在表面涂覆一层增粘剂；再涂覆一层正性或负性光刻胶，在热板上烘烤后，使用具有微米尺寸结构的光刻掩模版进行普通紫外曝光，并再次在热板上烘烤；将基片置入显影液中显影；用去离子水清洗后放入烤箱烘烤；再置入稀盐酸溶液进行有掩模的湿法腐蚀；去除光刻胶后高温退火。本发明专利技术在LED芯片的ITO透明导电层同时制备纳米尺寸和微米尺寸的微结构，具有更高的光输出功率。本发明专利技术适用于LED生产线批量生产、无需增加额外设备且低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种ITO粗化的GaN基LED芯片及其制备方法
本专利技术涉及GaN基LED芯片领域，具体涉及ITO表面粗化的GaN基LED芯片及制备方法。
技术介绍
随着GaN基LED的应用越来越广泛，如何使用生产线上成熟且低成本的技术实现ITO表面粗化以提高芯片出光效率是产业界重要的研究课题。表面粗化，亦即在芯片表面制备微结构，可增加光线在半导体材料和封装材料分界面入射角度的随机性，减少光线发生全反射的几率，从而有效地提高光提取效率。目前实现ITO表面粗化的方案主要有以下几种。使用紫外光刻技术，在ITO上制备紧密分布的微结构阵列；受衍射极限的限制，这种方法只能实现微米级别的表面微结构；使用电子束光刻技术或者激光全息光刻技术，在ITO上制备规则齐整的纳米尺寸的表面微结构；这种方法不适合生产线的批量生产。纳米压印技术是一种潜在的批量生产技术，但要求厂商额外购买昂贵的专用设备，而且压印母板的制备较为昂贵，研发成本高，目前尚未成熟。实验室中还采用在衬底表面旋涂聚苯乙烯纳米球或Ni纳米粒子悬浮液；或者在衬底表面蒸镀氯化物并使之吸收水分形成纳米岛；或者将芯片置入化合物的饱和溶液使之析出沉积纳米级颗粒；或者蒸镀金属薄膜后高温退火使金属团聚形成纳米颗粒；这些方法可制备成本较低的纳米尺寸的掩模，再通过干法刻蚀或湿法腐蚀，将图形转移到ITO层；但都引入了生产线上原本没有的额外材料作掩模。
技术实现思路
针对上述ITO表面粗化方案的缺点，本专利技术公开一种高光提取效率、适用于LED生产线批量生产、无需增加额外设备且低成本的ITO粗化的GaN基LED芯片及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：（A）使用电子束蒸发在GaN基LED外延片表面沉积一层ITO作为透明导电层；（B）将步骤（A）得到的基片置入稀盐酸溶液进行无掩模的湿法腐蚀；（C）使用去离子水清洗步骤（B）得到的基片后放入烤箱烘烤；（D）在步骤（C）烘烤后的基片表面涂覆一层增粘剂；（E）再涂覆一层正性或负性光刻胶，在热板上烘烤后，使用具有微米尺寸结构的光刻掩模版进行普通紫外曝光，并再次在热板上烘烤；（F）将步骤（E）得到的基片置入显影液中显影；（G）使用去离子水清洗后放入烤箱烘烤；（H）再置入稀盐酸溶液进行有掩模的湿法腐蚀；（I）去除光刻胶后高温退火。所述制备步骤（A）中电子束蒸发工艺的特征是，蒸镀过程中氧气流量为1sccm~20sccm，沉积温度为150℃~300℃，ITO的厚度为100nm~1000nm。进一步优化地，步骤（B）和（H）中湿法腐蚀工艺是，盐酸浓度为3%~50%，腐蚀温度为10℃~80℃，腐蚀时间根据盐酸浓度和腐蚀温度调整，范围不超过5sec~60min。进一步优化地，步骤（C）和（G）中烤箱烘烤工艺的特征是，温度为50℃~200℃，烘烤时间为30sec~60min。进一步优化地，步骤（D）中增粘剂涂覆工艺是，涂覆工艺是真空蒸注技术和旋涂技术中的一种。进一步优化地，步骤（E）中热板烘烤工艺是，热板烘烤的时间不超过3min，温度不超过120℃。进一步优化地，步骤（F）中显影工艺是，显影液使用磁力搅拌、循环泵、毛刷辊、人工晃动搅拌方法中的一种以上，显影液温度波动不超过4℃，温度均匀性优于±2℃。进一步优化地，步骤（I）中退火工艺是，在惰性气氛下退火，退火温度为300℃~800℃，退火时间为3min~60min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术在LED芯片的ITO透明导电层同时制备纳米尺寸和微米尺寸的微结构，相比单独制备纳米尺寸结构或者单独制备微米尺寸结构的芯片，具有更高的光输出功率。2、本专利技术完全基于LED生产线的现有成熟工艺和原材料，无需增加额外设备和原材料。3、本专利技术使用普通紫外光刻工艺和两步湿法腐蚀工艺，成本低廉。附图说明图1为ITO未粗化的基片示意图。图2为ITO无掩模湿法腐蚀实现纳米尺寸粗化后的基片示意图。图3为使用正性光刻胶做光刻，ITO有掩模湿法腐蚀实现微米尺寸粗化后的基片示意图。图4为使用负性光刻胶做光刻，ITO有掩模湿法腐蚀实现微米尺寸粗化后的基片示意图。图5为GaN基LED芯片的输入电流-输出光功率曲线。图中，1、衬底，2、n型半导体材料，3、多量子阱发光层，4、p型半导体材料，5、ITO电流扩展层。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术的具体实施作进一步说明，但本专利技术的实施和保护范围不限于此。实施例1对于GaN基LED外延片，其结构如图1所述，包含衬底1、n型半导体材料2、多量子阱发光层3和p型半导体材料4，使用电子束蒸发沉积ITO，蒸镀过程中氧气流量3.5sccm，温度250℃，ITO厚度230nm。蒸镀完成后，ITO表面平整，基片横截面的示意图如图1所示。随后将基片置入20wt%的稀盐酸溶液进行无掩模的湿法腐蚀，腐蚀液使用水浴法加热，温度为25℃，腐蚀10sec后，ITO表面出现随机分布的纳米尺寸的微结构，基片横截面的示意图如图2所示。使用去离子水清洗基片后放入120℃的烤箱烘烤5min。接着在基片表面旋涂一层六甲基二硅氮烷作为增粘剂，并在100℃热板上烘烤20sec。在基片上旋涂一层光刻胶，在100℃热板上烘烤150sec后，使用具有三角晶格排列的圆孔阵列（圆孔直径3μm，圆心间距6μm）的光刻掩模版进行普通紫外曝光。再将基片置入不断晃动的显影液中显影50sec，显影液使用水浴法加热，温度30℃。使用去离子水清洗后放入120℃的烤箱烘烤30min。然后将外延片置入20%的稀盐酸溶液进行有掩模的湿法腐蚀，腐蚀液使用水浴法加热，温度50℃，腐蚀时间为7sec。最后用丙酮、异丙醇和去离子水清洗去除光刻胶，再在流量为1L/min的氮气气氛下退火15min，退后温度为500℃。光刻工艺使用正性光刻胶时，则基片横截面的示意图如图3所示。光刻工艺使用负性光刻胶时，则基片横截面的示意图如图4所示。制备的GaN基LED芯片的输入电流-输出光功率曲线如图5所示，结果显示，相比ITO无粗化的LED芯片，ITO纳米粗化的LED芯片的输出光功率提升10%以上，而ITO纳米粗化+微米粗化的LED芯片的输出光功率提升15%以上。实施例2使用电子束蒸发沉积ITO，蒸镀过程中氧气流量20sccm，温度300℃，ITO厚度1000nm。蒸镀完成后，ITO表面平整，基片横截面的示意图如图1所示。随后将基片置入5wt%的稀盐酸溶液进行无掩模的湿法腐蚀，腐蚀液使用水浴法加热，温度为70℃，腐蚀20min后，ITO表面出现随机分布的纳米尺寸的微结构，基片横截面的示意图如图2所示。使用去离子水清洗基片后放入200℃的烤箱烘烤10min。接着在基片表面旋涂一层六甲基二硅氮烷作为增粘剂，并在100℃热板上烘烤20sec。在基片上旋涂一层光刻胶，在100℃热板上烘烤150sec后，使用具有三角晶格排列的圆孔阵列的光刻掩模版进行普通紫外曝光。再将基片置入不断晃动的显影液中显影50sec，显影液使用水浴法加热，温度30℃。使用去离子水清洗后放入120℃的烤箱烘烤30min。然后将外延片置入30%的稀盐酸溶液进行有掩模的湿法腐蚀，腐蚀液使用水浴法加热，温度50℃，腐蚀时间为7sec。最后用丙酮、异丙醇和去离子水清洗去除光刻胶，再在氮气气氛下退火30min，退后温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ITO粗化的GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（A）使用电子束蒸发在GaN基LED外延片表面沉积一层ITO作为透明导电层；（B）将步骤（A）得到的基片置入稀盐酸溶液进行无掩模的湿法腐蚀；（C）使用去离子水清洗步骤（B）得到的基片后放入烤箱烘烤；（D）在步骤（C）烘烤后的基片表面涂覆一层增粘剂；（E）再涂覆一层正性或负性光刻胶，在热板上烘烤后，使用具有微米尺寸结构的光刻掩模版进行普通紫外曝光，并再次在热板上烘烤；（F）将步骤（E）得到的基片置入显影液中显影；（G）使用去离子水清洗后放入烤箱烘烤；（H）再置入稀盐酸溶液进行有掩模的湿法腐蚀；（I）去除光刻胶后高温退火。

【技术特征摘要】
1.一种ITO粗化的GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（A）使用电子束蒸发在GaN基LED外延片表面沉积一层ITO作为透明导电层；（B）将步骤（A）得到的基片置入稀盐酸溶液进行无掩模的湿法腐蚀；（C）使用去离子水清洗步骤（B）得到的基片后放入烤箱烘烤；（D）在步骤（C）烘烤后的基片表面涂覆一层增粘剂；（E）再涂覆一层正性或负性光刻胶，在热板上烘烤后，使用具有微米尺寸结构的光刻掩模版进行普通紫外曝光，并再次在热板上烘烤；（F）将步骤（E）得到的基片置入显影液中显影；（G）使用去离子水清洗后放入烤箱烘烤；（H）再置入稀盐酸溶液进行有掩模的湿法腐蚀；（I）去除光刻胶后高温退火。2.如权利要求1所述的一种ITO粗化的GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于步骤（A）中所述电子束蒸发工艺为：蒸镀过程氧气流量为1sccm~20sccm，沉积温度为150℃~300℃，ITO的厚度为100nm~1000nm。3.如权利要求1所述的一种ITO粗化的GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于步骤（B）和（H）中所述湿法腐蚀工艺为：盐酸浓度为3wt%~50wt%，腐蚀温度为10℃~80℃，腐蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄华茂，王洪，胡金勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44