CN104269477A - 一种高紫外透光率的p型欧姆接触层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种新的紫外LED芯片P型欧姆接触层的制备方法，该方法根据增透膜原理，同时考虑到ITO对紫外的吸收以及ITO膜的方阻，通过优化ITO膜层的蒸镀参数并对ITO膜进行图形化，从而提高紫外LED芯片的外量子效率，进而提高LED芯片亮度；并结合对氮气保护下退火工艺的优化，使ITO膜的致密性以及膜质量更好，有利于ITO膜与氮化镓的接触，形成图形化的P型欧姆接触层，降低芯片电压。

Description

一种高紫外透光率的P型欧姆接触层制备方法
技术领域：
本发明属于LED芯片制备技术领域，主要涉及一种新的用以提高紫外LED芯片亮度的P型欧姆接触层制备方法。
背景技术：
随着LED应用的发展，紫外LED因其光谱范围更宽(发光波长能够覆盖210-400nm波段)，更节能，且不含有毒物质汞，具有其它传统紫外光源无法比拟的优势，被广泛地应用于生活中多个方面，例如紫外光消毒、紫外线硬化，光学传感器、紫外线身份验证、体液检测和分析等领域。紫外LED技术目前的主要挑战是效率较低，波长低于365nm的芯片，紫外LED的输出功率仅为输入功率的5％-8％。当波长为385nm以上时，紫光LED的效率有所提高，但也只有输入功率的15％。
目前蓝绿光LED芯片电流扩展层材质常用ITO材质，ITO膜对可见光(380-760nm)透过率较高，对可见光透光率达90％以上；而对于380nm以下的紫外波段，由于ITO材料的禁带宽带为3.75-4.0ev，大部分紫外光子照射到ITO薄膜表面时会被吸收，并且引起本征激发，再加上干涉相消的作用，而造成薄膜的吸收率提高，紫外透过率明显下降。
发明内容：
本发明是一种新的紫外LED芯片P型欧姆接触层的制备方法，该方法根据增透膜原理，同时考虑到ITO对紫外的吸收以及ITO膜的方阻，通过优化ITO膜层的蒸镀参数并对ITO膜进行图形化，从而提高紫外LED芯片的外量子效率，进而提高LED芯片亮度。方案如下：
一种高紫外透光率的P型欧姆接触层制备方法，主要包括以下环节：
(1)ITO膜蒸镀
使用真空镀膜机在表面处理后的紫外LED外延片上进行ITO薄膜蒸镀，蒸镀使用材料为质量比In2O3/SnO2＝95:5的高密ITO料，蒸发过程中温度260～290℃，通入的氧气流量为3.0～5.0sccm，薄膜沉积速率小于薄膜蒸发厚度115～155nm；
(2)光刻图形
对ITO膜表面旋涂光刻胶并对其进行曝光，使得曝光显影后光刻胶上均匀分布直径小于2μm的圆柱状通孔，相邻通孔圆心之间的距离小于4μm；100℃下烘烤30min；
(3)ITO图形化
对ITO膜层进行腐蚀处理，然后使用去光阻剂浸泡去除光刻胶，再依次使用ACE(丙酮)及IPA(异丙醇)分别浸泡处理，完成ITO图形化，此时ITO膜表面均匀分布直径小于2μm的圆柱状通孔，相邻通孔圆心之间的距离小于4μm；
(4)欧姆接触退火
氮气保护环境下470～520℃退火15～20min，氮气流量为2L/min；图形化的P型欧姆接触层即制备完成。
基于上述方案，本发明还进一步作如下优化限定：
步骤(3)具体是使用ITO蚀刻液在45℃下对ITO膜层腐蚀7min，然后使用去光阻剂80℃下浸泡20min进行光刻胶去除，使用ACE(丙酮)及IPA(异丙醇)分别浸泡10min，图形化完成。
上述ITO蚀刻液的主要组分及配比为FeCl3：HCl＝1:7。
本发明还请求保护利用上述图形化的P型欧姆接触层加工得到的紫外LED芯片。
本发明的有益效果如下：
根据增透膜原理，薄膜对一定波长光的透射率，与膜的厚度及折射率关系较大。本发明通过优化ITO蒸发过程中的材料、温度、氧气流量、蒸发速率来控制ITO膜的折射率，并且根据紫外波长的要求制备出紫外增透膜，同时对其增透膜进行图形化，可以减少ITO膜对紫外光的吸收，形成高紫外增透性的薄膜。本发明可提高紫外LED芯片的外量子效率，提高芯片亮度；并结合对氮气保护下退火工艺的优化，使ITO膜的致密性以及膜质量更好，有利于ITO膜与氮化镓的接触，形成图形化的P型欧姆接触层，降低芯片电压。
附图说明
图1为本发明图形化的P型欧姆接触层。
图2为本发明制备方法的一个实施例流程图。
具体实施方式：
图1为本发明图形化的P型欧姆接触层，其制备流程图如图2所示，主要环节有ITO蒸发、匀胶、曝光、显影、ITO蚀刻、去胶以及退火处理。
实施例一
首先在表面处理后的外延片上蒸镀ITO膜，蒸镀使用材料为质量比In2O3/SnO2＝95:5的高密ITO料(行业内把ITO料分为高密料和低密料，一般把相对密度≥92％的料认为是高密料)，蒸发前真空度高于3.0*10-6Torr，蒸发过程中通入的氧流量为4.0sccm，蒸发过程中的温度270℃，薄膜沉积前270℃稳定15min，蒸发过程中薄膜沉积速率薄膜蒸发厚度135nm；接着旋涂2.7μm光刻胶后并对其进行曝光，光刻板为2*2的5寸铬版，曝光能量90mw，显影后光刻胶上均匀分布直径2μm，高度2.7μm的圆柱状通孔，100℃下烘烤30min；接着进行ITO蚀刻形成图形化的ITO膜，ITO蚀刻液为FeCl3：HCl＝1:7，45℃下腐蚀7min；接着去光阻剂浸泡20min，丙酮及异丙醇分别浸泡10min，ITO膜表面均匀分布的圆柱状通孔(圆柱直径2μm，高度135nm，通孔圆心间距4μm)形成；最后对其进行500℃退火15min，氮气流量为2L/min，使其与P型氮化镓熔合形成欧姆接触，图形化的P型欧姆接触层制备完成。
然后，可按照芯片加工工艺对芯片进行ICP刻蚀及P/N电极生长，完成芯片加工。
实施例二
ITO薄膜蒸发过程中的温度280℃，薄膜沉积速率薄膜厚度145nm，然后对其进行图形化，图形化时使用光刻板的型号与实施例一相同，图形化后进行480℃退火17min，其余制备条件均与实施例一条件相同，其制备膜层与P型氮化镓熔合形成欧姆接触。
实施例三
ITO薄膜蒸发过程中的温度290℃，蒸发过程中通入的氧流量为5.0sccm薄膜厚度115nm，然后对其进行图形化，图形化时使用光刻板的型号为1*2的5寸铬版，图形化后进行510℃退火20min，其余制备条件均与实施例一条件相同，其制备膜层与P型氮化镓熔合形成欧姆接触。
使用本发明方案制备的12*13mil2型号峰值波长365nm的紫外LED芯片，光功率3.5mw，电压3.5V；峰值波长380nm的芯片，光功率为11.6mw，电压3.2V；峰值波长400nm的芯片，光功率为28.5mw，电压3.15V。而使用传统方案制备同类型号的峰值波长为365nm的紫外LED芯片，光功率3.1mw，电压3.5V；峰值波长380nm的芯片，光功率为11mw，电压3.2V；峰值波长400nm的芯片，光功率28mw，电压3.15V。
通过电压对比发现本发明方案制备的LED芯片电压与传统芯片电压相同，此过程中使用的膜层厚度较传统的膜层厚度较薄，而芯片电压相同，表明制备的ITO膜层晶体质量提升，薄膜致密性好，膜质量好，有利于与氮化镓的接触，形成图形化的P型欧姆接触层，降低芯片电压。通过光功率对比发现本方案制备的LED芯片亮度较高，随着峰值波长变短，提高亮度越大，表明本发明方案制备的膜层，更有利于紫外光的透过，形成高紫外透光率的P型欧姆接触层。
需要强调的是，以上实施例中给出了能够达到较佳技术效果的具体参数，但这些具体参数不应视为对本发明权利要求保护范围的限制。说明书中阐述了本发明的原理，本领域技术人员应当能够认识到在基本方案下对各具体参数做适度的调整仍然能够基本实现本发明的目的。

Claims (4)

1.一种高紫外透光率的P型欧姆接触层制备方法，主要包括以下环节：
(1)ITO膜蒸镀
使用真空镀膜机在表面处理后的紫外LED外延片上进行ITO薄膜蒸镀，蒸镀使用材料为质量比In2O3/SnO2＝95:5的高密ITO料，蒸发过程中温度260～290℃，通入的氧气流量为3.0～5.0sccm，薄膜沉积速率小于薄膜蒸发厚度115～155nm；
(2)光刻图形
对ITO膜表面旋涂光刻胶并对其进行曝光，使得曝光显影后光刻胶上均匀分布直径小于2μm的圆柱状通孔，相邻通孔圆心之间的距离小于4μm；100℃下烘烤30min；
(3)ITO图形化
对ITO膜层进行腐蚀处理，然后使用去光阻剂浸泡去除光刻胶，再依次使用ACE(丙酮)及IPA(异丙醇)分别浸泡处理，完成ITO图形化，此时ITO膜表面均匀分布直径小于2μm的圆柱状通孔，相邻通孔圆心之间的距离小于4μm；
(4)欧姆接触退火
氮气保护环境下470～520℃退火15～20min，氮气流量为2L/min；图形化的P型欧姆接触层即制备完成。
2.根据权利要求1所述的高紫外透光率的P型欧姆接触层制备方法，其特征在于：步骤(3)具体是使用ITO蚀刻液在45℃下对ITO膜层腐蚀7min，然后使用去光阻剂80℃下浸泡20min进行光刻胶去除，使用ACE(丙酮)及IPA(异丙醇)分别浸泡10min，图形化完成。
3.根据权利要求2所述的高紫外透光率的P型欧姆接触层制备方法，其特征在于：所述ITO蚀刻液的主要组分及配比为FeCl3：HCl＝1:7。
4.利用权利要求1中所述图形化的P型欧姆接触层加工得到的紫外LED芯片。
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