一种ITO结构的LED芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种ITO结构的LED芯片结构及其制备方法，在衬底上外延成核层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、InGaN/GaN多量子阱结构；外延生长多量子阱结构后，终止生长，采用P型掺杂ITO层代替传统的P型GaN外延层；在P型掺杂ITO层上制备P电极，刻蚀至N型掺杂GaN层，在其上制备N电极；所述P电极对应设置在P型掺杂ITO层上；对所述外延片进行刻蚀，在N型掺杂GaN层上制作N电极。本发明专利技术可以避免InGaN/GaN多量子阱结构后升温生长P-GaN所带来的In组分布不均匀，有利于提高波长均匀性；避免P-GaN外延生长，降低成本，提高产能；采用高透光、高电导率的ITO超薄层作为P型电流扩展层，可以有效的提高光出射效率，提高外量子效率。

【技术实现步骤摘要】
一种ITO结构的LED芯片结构及其制备方法
本专利技术涉及一种ITO结构的LED芯片结构及其制备方法，属半导体外延和芯片
。
技术介绍
随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出。LED具有高光效、低电耗、长寿命、高安全性、高环保等优势，是一种理想的照明方式，越来越多国家的重视。 白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦，荧光灯50?70流明/瓦，钠灯90?140流明/瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50?200流明/瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光LED单管功率0.03?0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5?3.5伏，电流15?18毫安，反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一。LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时，可以大大降低灯具的维护费用。发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全触摸，能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。同时，LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。 开展LED相关研究、发展照明产业对国家能源的可持续发展具有非常重要的意义。目前，LED照明面临的主要问题为电光转换效率不够高，还有较大提升空间，可靠性较差的问题，尚不能满足大规模民用的需求。P-GaN层起形成PN结和电流扩展的作用，优化P-GaN层结构与工艺是提高LED发光效率和均匀性的重要技术方向之一。目前，大多采用交叉电极等方法减小电流横向电阻，导致电流扩展困难所导致的横向发光效率不均匀。但是，不透明的金属电极会反射和吸收出射光线，从而降低LED有效出光面积，进而降低亮度。为了减少电极对出射光的吸收和反射，萃取更多的光能，透明电极的相关研究成为LED芯片
热点之一。 ITO膜层的主要成份是氧化铟锡，其禁带宽度为3.5-4.3eV，在可见光范围的光透过率大于85%,电阻率小于10 3 Ω.cm。米用ITOP型层,可以避免金属电极对光的反射和吸收，从而增大出光区域面积，提高LED芯片的亮度。同时，ITO制备方法成熟，且具备商业生产标准，现已广泛地应用于平板显示器件、太阳能电池、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域，是目前IXD、PDP、0LED、触摸屏等各类平板显示器件唯一的透明导电电极材料。ITO具有高度的稳定性，可以广泛应用于各种使用环境。耐碱为浸入60°C、浓度为10%氢氧化钠溶液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10%。耐酸为浸入250C、浓度为6%盐酸溶液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10%。耐溶剂为在250C、丙酮、无水乙醇或100份去离子水加3分EClOl配制成的清洗液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10%。附着力:在胶带贴附在膜层表面并迅速撕下，膜层无损伤；或连撕三次后，ITO层方块电阻变化值不超过10%。热稳定性:在300°C的空气中，加热30分钟后，ITO导电膜方块电阻值应不大于原方块电阻的300%。较低的电阻率(约为10_4Ω.cm)可见光透过率可达85%以上。它的高透光性和良好的导电性，以及高稳定性非常适合作为更加适合作为LED芯片的透明导电层。
技术实现思路
本专利技术利用ITO材料的高电导率和高透光性，可以有效的缓解目前LED芯片存在的金属电极遮挡面积占芯片有效出光面积较大，P-GaN横向扩展困难等问题。 本专利技术采用的技术方案为，一种ITO结构的LED，其包括有衬底1、成核层2、非掺杂GaN层3、N型掺杂GaN层4、InGaN/GaN多量子阱结构5、P型掺杂ITO层6、P电极7、N电极8 ;其中，所述衬底1、成核层2、非掺杂GaN层3、N型掺杂GaN层4、InGaN/GaN多量子阱结构5、P型掺杂ITO层6、P电极7从下至上依次层叠设置；所述P电极7对应设置在P型掺杂ITO层6上；对所述外延片进行刻蚀，在N型掺杂GaN层4上制作N电极8。 外延生长多量子阱结构后，终止生长，采用P型ITO代替传统的P型GaN外延层。 所述衬底I可为蓝宝石、Si和SiC等。 所述成核层2可为低温GaN层、高温GaN、高温AlN层及其组成的多晶格结构层。 所述P 电极 7 和 N 电极 8 的金属为 Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、N1、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au 中的一种。 所述外延片可为多种材料体系,如GaAs、GaN、ZnO等。 InGaN/GaN多量子阱结构为5-20个周期，根据需要可以调整不同的生长温度以及掺杂浓度。 一种ITO结构的LED芯片制备方法，制备上述LED芯片的工艺如下， I)使用MOCVD或MBE生长LED外延片，在外延InGaN/GaN多量子阱层后终止生长； 2)对所述外延片进行表面酸洗； 3)对所述外延片依次进行正面匀胶、曝光、显影处理，形成由光刻胶构成的InGaN/GaN多量子阱台面刻蚀图形，并去除图形上方的残胶； 4)采用ICP对所示外延片的InGaN/GaN多量子阱进行刻蚀，至N-GaN层终止； 5)对外延片进行依次进行正面匀胶、曝光、显影处理，形成P型ITO生长台面图形，并去P型ITO生长图形上方的残胶； 6)利用光刻胶构成的ITO生长图形作为掩模，使用磁控溅射法、脉冲电镀法或电弧离子镀法制备ITO薄膜，剥离形成P-1TO层； 7)对所述外延片依次进行匀胶、曝光、显影处理，形成由光刻胶构成的P电极台面图形，并去除图形上方的残胶； 8)在P-1TO上制备P电极并退火； 9)对所述外延片依次进行匀胶、曝光、显影处理，形成由光刻胶构成的N电极台面图形，并去除图形上方的残胶； 10)在N-GaN上制备N电极并退火。 本专利技术的有益效果如下: 采用P型ITO代替与现有P-GaN层，可以避免InGaN/GaN多量子阱结构后升温生长P-GaN所带来的In组分布不均匀，有利于提高波长均匀性；避免P-GaN外延生长，降低成本，提高产能；采用高透光、高电导率的ITO超薄层作为P型电流扩展层，可以有效的提高光出射效率，提高外量子效率。 【附图说明】 图1是本专利技术的一个优选LED芯片结构示意图。 图中:1、衬底；2、成核层；3、U_GaN；4,N-GaN ;5、InGaN/GaN 多量子阱；6、P_IT0 层；7、P电极；8、Ν电极。 【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术作进一步描述，但不应以此限制本专利技术的保护范围。 实施例一 参见附图1所示，一种ITO结构LED芯片结构及其制备方法，包括下列步骤: I)使用MOCVD或MBE在衬底I上生长成核层2，生长温度为520_570°C，厚度为10_30nm ； 2)在成核层2上生长U-GaN层3，生长温度为1080°C，厚度为2-4 μ m，为非故意不掺杂层; 3)在U-GaN层3上生长N-GaN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ITO结构的LED，其特征在于：该结构包括有衬底(1)、成核层(2)、非掺杂GaN层(3)、N型掺杂GaN层(4)、InGaN/GaN多量子阱结构(5)、P型掺杂ITO层(6)、P电极(7)、N电极(8)；其中，所述衬底(1)、成核层(2)、非掺杂GaN层(3)、N型掺杂GaN层(4)、InGaN/GaN多量子阱结构(5)、P型掺杂ITO层(6)、P电极(7)从下至上依次层叠设置；所述P电极(7)对应设置在P型掺杂ITO层(6)上；对所述外延片进行刻蚀，在N型掺杂GaN层(4)上制作N电极(8)；外延生长多量子阱结构后，终止生长，采用P型ITO代替传统的P型GaN外延层；所述衬底(1)可为蓝宝石、Si和SiC；所述成核层(2)可为低温GaN层、高温GaN、高温AlN层及其组成的多晶格结构层；所述P电极(7)和N电极(8)的金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ni、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au中的一种；所述外延片可为多种材料体系，如GaAs、GaN、ZnO；InGaN/GaN多量子阱结构为5‑20个周期，根据需要可以调整不同的生长温度以及掺杂浓度。...

【技术特征摘要】
1.一种ITO结构的LED，其特征在于:该结构包括有衬底(I)、成核层(2)、非掺杂GaN层(3)、N型掺杂GaN层(4)、InGaN/GaN多量子阱结构(5)、P型掺杂ITO层(6)、P电极(7)、N电极(8);其中，所述衬底(I)、成核层(2)、非掺杂GaN层(3)、N型掺杂GaN层(4)、InGaN/GaN多量子阱结构(5)、P型掺杂ITO层(6)、P电极(7)从下至上依次层叠设置；所述P电极(7)对应设置在P型掺杂ITO层(6)上；对所述外延片进行刻蚀，在N型掺杂GaN层(4)上制作N电极⑶； 外延生长多量子阱结构后，终止生长，采用P型ITO代替传统的P型GaN外延层； 所述衬底(I)可为蓝宝石、Si和SiC ； 所述成核层(2)可为低温GaN层、高温GaN、高温AlN层及其组成的多晶格结构层； 所述 P 电极(7)和 N 电极(8)的金属为 Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、N1、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au 中的一种； 所述外延片可为多种材料体系，如GaAs、GaN、ZnO ； InGaN/GaN多量子阱结构为5-20个周期，根据需要可以调整不同的生长温度以及掺杂浓度。2.—种ITO结构的LED芯片制备方法，其特征在于:其制备工艺如下， 1)使用MOCVD或MBE生长LED外延片，在外延InGaN/GaN多量子阱层后终止生长； 2)对所述外延片进行表面酸洗； 3)对所述外延片依次进行正面匀胶、曝光、显影处理，形成由光刻胶构成的InGaN/GaN多量子阱台面刻蚀图形，并去除图形上方的残胶； 4)采用ICP对所示外延片的InGaN/GaN多量子阱进行刻蚀，至N-GaN层终止； 5)对外延片进行依次进行正面匀胶、曝光、显影处理，形成P型ITO生长台面图形，并去P型ITO生长图形上方的残胶； 6)利用光刻胶构成的ITO生长图形作为掩模，使用磁控溅射法、脉冲电镀法或电弧离子镀法制备ITO薄膜，剥离形成P-1TO层； 7)对所述外延片依次进行匀胶、曝光、显影处理，形成由光刻胶构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，杨翠柏，张杨，杨光辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11