LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种LED芯片及其制备方法。包括如下步骤：提供LED芯片主体；采用物理气相沉积方式在芯片主体表面形成金属层；对沉积金属层后的芯片主体进行退火处理，得到结晶态金属氧化物薄膜。所制备得到的LED芯片包括芯片主体以及形成在芯片主体表面上的结晶态金属氧化物薄膜保护层。结晶态金属氧化物薄膜保护层能够为LED芯片提供更好的隔绝水汽的能力。而且，在退火过程中，金属原子会部分的扩散至氧化铟锡层中，增加氧化铟锡层的自由电子数目，从而可以提高电流扩展层的电流扩展能力，降低LED芯片的工作电压，提高LED芯片的光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】
LED芯片及其制备方法
本专利技术涉及LED
，特别是涉及LED芯片及其制备方法。
技术介绍
随着LED技术的快速发展以及LED光效的逐步提高，LED的应用将越来越广泛。随着全球性能源短缺问题的日益严重，人们越来越关注LED在照明市场的发展前景，LED将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的潜力光源。目前，在LED芯片表面会沉积一层绝缘层作为保护层，作为隔绝水汽保护电极的作用。这种保护层的材质一般有SiO2、SiNx等。但是，这种保护层需要在等离子体环境中通过化学气相沉积的方式制备，在该制程中，对电极面会引入等离子损伤，在后续应用中随使用时间延长或者电流增大，这些缺陷会被放大而导致光电性参数失效。另外，如图4所示，这种保护层的膜层是无定形态，相比结晶态的膜层隔绝水汽能力较弱。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种LED芯片的制备方法，不仅避免了对电极面会引入等离子体损伤的缺陷，而且得到的LED芯片的保护层为结晶态的金属氧化物薄膜，能够提供更好的隔绝水汽的能力，提升了LED芯片的光效及使用寿命等性能。一种LED芯片的制备方法，包括如下步骤：提供LED芯片主体；采用物理气相沉积方式在所述芯片主体表面形成金属层；对沉积所述金属层后的所述芯片主体进行退火处理，得到结晶态金属氧化物薄膜。上述LED芯片的制备方法中，金属层采用物理气相沉积方式形成避免了对电极面引入等离子体损伤，且经退火处理后形成的保护层为结晶态膜层，能够提供更好的隔绝水汽的能力。在其中一个实施例中，所述物理沉积法为磁控溅射法或者真空蒸镀法。优选为真空蒸镀法，优选的理由是：真空蒸镀法对氧化铟锡层的保护性较好。在其中一个实施例中，所述退火处理的温度为500℃～600℃，保温时间为4min～40min，退火气氛为氧气或者氧气与氮气的混合气体。退火处理的方式有快速热退火或炉管退火等方式，在退火处理中：温度过低，氧化铟锡层无法进行晶格重排，表现较低的亮度，温度过高，氧化铟锡层晶格被破坏，表现较高的电压及较低的亮度。保温时间太短对氧化物形成不稳定，时间太长，金属氧化物薄膜太致密，导致后续刻蚀时长较长，对生产效率不利，所以保温时间优选为35min。另外，由于要保证金属层的完全氧化，所以退火气氛中氮气的比例越小越好，优选为氧气。在其中一个实施例中，所述退火处理中，退火气氛的气体通入流量为2标准升/分钟～30标准升/分钟。考虑到退火气氛的气体通入流量影响热传导的能力，对不同机台的结构需求不同，退火气氛的气体通入流量优选为5标准升/分钟。在其中一个实施例中，所述金属层的材料为Ni、Al、Ti、Mg及Ag中的任意一种。这些金属原料在较低温度就能形成稳定的金属氧化物，这些金属氧化物具备致密的晶体结构，且在退火过程中，这些金属原料会部分的扩散至氧化铟锡层中，增加氧化铟锡层的自由电子数目，从而提高电流扩展的能力，降低器件的工作电压，提高光电转化效率。金属原料优先为Al，优选的理由是：Al的质量较小，在退火过程中能够形成致密的氧化物晶格结构。而且，金属氧化物薄膜的形成只需在较低的温度下就能形成结晶态，新的结晶态为芯片主体中的氧化铟锡层的晶格重排提供了诱导方向，表现在(222)晶格面的晶胞尺寸增大，该晶格面的晶体尺寸决定了氧化铟锡层的质量，尺寸越大LED芯片会越亮。在其中一个实施例中，所述金属层的厚度为0.5nm～5nm。金属层沉积越薄对机台的精准度要求越高，同时金属层太薄时形成的金属氧化物不成膜不足以起到隔绝水汽的效果；太厚，则在退火中不能形成完全氧化态，且多余的金属单质因存在大量的自由电子，吸光严重，会损失芯片亮度。所以，金属层的沉积厚度控制在上述范围内，进一步优先为2.5nm。在其中一个实施例中，所述芯片主体的制备步骤为：a)提供衬底，依次在所述衬底上形成N半导体层、发光层以及P半导体层；b)刻蚀所述P半导体层、所述发光层和所述N半导体层，形成自所述P半导体层延伸至所述N半导体层的缺口；c)于所述P半导体层部分区域上沉积、刻蚀形成电流阻挡层；d)于所述P半导体层上沉积氧化铟锡层，所述氧化铟锡层包覆所述电流阻挡层。在其中一个实施例中，步骤d)中所述氧化铟锡层的沉积厚度为20nm～100nm。优选为40nm，优选的理由是：氧化铟锡材料在450nm吸光系数为0.04左右，厚度越厚吸光损失越大，厚度薄时横向传导的面阻大，因此综合考虑最优厚度为40nm。另外，氧化铟锡层的沉积方式有离子辅助蒸镀法、真空蒸镀法及磁控溅射法，优选为磁控溅射法。在其中一个实施例中，在所述退火处理后，同时刻蚀所述氧化铟锡层和所述结晶态金属氧化物薄膜，分别形成电流扩展层和保护层。在其中一个实施例中，所述刻蚀的方法为湿法刻蚀，刻蚀时间为30s～150s。优选的理由为：湿法刻蚀可以减少等离子损失。因存在金属氧化物薄膜，刻蚀速率较慢，所以需增加浓度或者延长时间对金属氧化物薄膜进行刻蚀，保证刻蚀干净，不会出现漏电风险，刻蚀后去胶形成所需电流扩展层，所以刻蚀时间控制在30s～150s，优选为70s。在其中一个实施例中，在所述保护层上形成钝化层。所述钝化层为SiO2层、SiNx层、SOG层、聚合物层中的至少一种。在保护层上再形成钝化层，可进一步提高保护效果，同时增加光取效率。优选钝化层为SiO2层，优选的理由是：SiO2有较低的吸收系数，对出光无负效应。本专利技术还提供一种采用上述制备方法得到的LED芯片，包括芯片主体以及形成在所述芯片主体表面上的保护层，所述保护层为结晶态金属氧化物薄膜。在其中一个实施例中，所述芯片主体包括依次层叠设置的衬底、N半导体层、发光层、P半导体层、电流阻挡层和电流扩展层，所述电流阻挡层位于所述电流扩展层内，在LED芯片上还具有缺口，所述缺口自所述P半导体层延伸至所述N半导体层。在其中一个实施例中，所述保护层上还包括钝化层。所述钝化层为SiO2层、SiNx层、SOG层、聚合物层中的至少一种。钝化层可进一步提高保护效果，同时增加光取效率。优选钝化层为SiO2层，优选的理由是：SiO2有较低的吸收系数，对出光无负效应。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：由于LED芯片的保护层的材料是结晶态的金属氧化物薄膜，因此，能够提供更好的隔绝水汽的能力，使LED芯片的耐老化能力提升70％左右，电压降低，光效提升5％左右。结晶态金属氧化物薄膜保护层为通过物理沉积法沉积金属层并退火后得到。相对于采用等离子体沉积方法而言，本制备方法不仅可以避免等离子体损伤，而且，在退火过程中，金属原子会部分的扩散至氧化铟锡层中，增加氧化铟锡层的自由电子数目，从而可以提高电流扩展层的电流扩展能力，降低LED芯片的工作电压，提高LED芯片的光电转化效率。在制备方法中，氧化铟锡层和结晶态金属氧化物薄膜一并刻蚀，相比传统芯片制造流程可以省略钝化层，该道膜层的制备涉及沉积制程、光刻制程、刻蚀制程以及去胶制程。附图说明图1为本专利技术的LED芯片的结构示意图；图2为本专利技术的LED芯片的另一种结构示意图；图3为本专利技术实施例1的LED芯片的透射电镜微观晶格图；图4为传统LED芯片的透射电镜微观晶格图。图中：1、衬底；2、N半导体层；3、发光层；4、P半导体层；5、缺口；6、电流阻挡层；7、电流扩展层；8、保护层；9、钝化层。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供LED芯片主体；采用物理气相沉积方式在所述芯片主体表面形成金属层；对沉积所述金属层后的所述芯片主体进行退火处理，得到结晶态金属氧化物薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供LED芯片主体；采用物理气相沉积方式在所述芯片主体表面形成金属层；对沉积所述金属层后的所述芯片主体进行退火处理，得到结晶态金属氧化物薄膜。2.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为500℃～600℃，保温时间为4min～40min，退火气氛为氧气或者氧气与氮气的混合气体。3.根据权利要求2所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述退火处理中，退火气氛的气体通入流量为2标准升/分钟～30标准升/分钟。4.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述金属层的材料为Ni、Al、Ti、Mg及Ag中的任意一种。5.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述金属层的厚度为0.5nm～5nm。6.根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述芯片主体的制备步骤为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘珊珊，廖汉忠，陈顺利，丁逸圣，
申请(专利权)人：大连德豪光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21