CN104752569A - Ito薄膜及其制备方法、led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种ITO薄膜及其制备方法、LED芯片及其制备方法，该ITO薄膜的制备方法至少包括以下步骤：步骤S1，向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的ITO界面层；步骤S2，逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积ITO电流扩散层。本发明提供的ITO薄膜的制备方法，不仅可以降低LED芯片的驱动电压，而且可以提高工艺效率和提高工艺质量。
Description
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种ITO薄膜及其制备方法、LED芯片及其制备方法。
背景技术
在LED芯片制造过程中，由于P-GaN层与P型欧姆金属电极接触会引起较高的接触电阻和低透过率，造成了LED芯片的驱动电压增大，较高的驱动电压会使得LED芯片在使用过程中产生被大量的热量，不仅造成能量的损失，而且影响LED芯片的可靠性，从而影响了LED芯片的整体性能。
在实际应用中，由于ITO薄膜相比传统的金属薄膜具有透过率高、导电性好、抗磨损、耐腐蚀等优点，且与GaN层的粘附性好，因此，ITO薄膜被通常广泛的用于作为GaN基芯片的电极材料。并且，ITO薄膜的透过率和电阻率可通过控制各元素的比例来调节，一般具有合适透过率和电阻率的ITO薄膜的功函数约为4.7eV，P-GaN层的功函数约为7.2eV，这使得ITO薄膜与P-GaN层之间会形成较高的界面势垒，从而使得LED芯片的驱动电压增大。
为了减小LED芯片的驱动电压，专利CN201110164808.X中公开了一种层状透明导电层LED芯片结构的制备方法，其中，ITO薄膜包括依次沉积在P-GaN层上的ITO界面层和ITO电流扩散层，ITO界面层和ITO电流扩散层采用的蒸镀条件不同，ITO界面层的蒸镀条件为：蒸镀温度295℃，沉积速率为0.6A/s，且在沉积完ITO界面层之后需要进行300℃、20min的有氧退火；ITO电流扩散层的蒸镀条件为：蒸镀温度295℃，沉积速率为1A/s。采用上述具有双层结构的ITO薄膜由于其在沉积完ITO界面层之后增加了退火工艺，可以提高ITO界面层的功函数，因而可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间形成的界面势垒，从而可以降低LED芯片的驱动电压；而且ITO薄膜采用双层结构，ITO界面层可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面电阻，因而可以降低LED芯片的驱动电压。
然而，采用上述层状透明导电层LED芯片结构的制备方法在实际应用中不可避免的会存在以下技术问题：
其一，由于在沉积完ITO界面层之后增加了退火工艺，增加了工艺流程，从而导致需要的工艺时间增长，工艺效率低；而且由于退火工艺需要与杂质较多的大气环境接触，因而有可能对ITO电流扩展层产生影响，从而造成工艺质量差；
其二，虽然ITO界面层可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面电阻，但是成分不同的ITO界面层和ITO电流扩散层会引入新的界面电阻，因而不利于降低LED芯片的驱动电压。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种ITO薄膜及其制备方法、LED芯片及其制备方法，其不仅无需增加退火工艺就可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面势垒，而且可以减小ITO薄膜本身的电阻，以及可以避免ITO本身引入新的界面电阻，从而不仅可以降低LED芯片的驱动电压，而且可以提高工艺效率和提高工艺质量。
本发明提供一种ITO薄膜的制备方法，所述ITO薄膜包括ITO界面层和ITO电流扩散层，至少包括以下步骤：步骤S1，向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的所述ITO界面层；步骤S2，逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积渐变结构的所述ITO电流扩散层。
其中，在所述步骤S1中沉积所述ITO界面层，和/或，在所述步骤S2中沉积渐变结构的所述ITO电流扩散层采用磁控溅射、蒸镀或者化学气相沉积的方式沉积。
其中，在所述步骤S1中，采用磁控溅射方式沉积所述ITO界面层，所述磁控溅射的靶材中In2O3:SnO2=90%:10%，溅射功率为130W，沉积温度250℃，氧气的气流量为2sccm。
其中，所述ITO界面层的预设厚度的范围在1～5nm。
其中，所述ITO界面层的功函数为5.2eV。
其中，在所述步骤S2中，采用磁控溅射方式沉积渐变结构的所述ITO电流扩散层，所述磁控溅射的靶材中In2O3:SnO2=90%:10%，溅射功率为260W，沉积温度250℃。
其中，在所述步骤S2中，逐渐降低氧气的气流量包括线性降低或者阶梯降低。
其中，所述线性降低包括：在500s的时间内，氧气的气流量从2sccm降低至0sccm，所述线性降低的氧气气流量降低速率为0.004sccm/s。
其中，所述阶梯降低包括：将氧气的气流量从2sccm降低为1.5sccm，在氧气的气流量为1.5sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从1.5sccm降低为1sccm，在氧气的气流量为1sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从1sccm降低为0.5sccm，在氧气的气流量为0.5sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从0.5sccm降低为0sccm，在氧气的气流量为0sccm的条件下沉积时间为50s。
本发明还提供一种LED芯片的制备方法，所述LED芯片具有ITO薄膜，所述LED芯片的制备方法包括本发明提供的上述ITO薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤S10，提供外延片；步骤S20，对外延片依次进行Mesa光刻和刻蚀处理，以暴露外延片的N-GaN层；步骤S30，向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在外延片的P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的ITO界面层；步骤S40，逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积渐变结构的ITO电流扩散层；步骤S50，蒸镀P电极和N电极，形成LED COW结构。
本发明还提供一种ITO薄膜，所述ITO薄膜采用本发明提供的上述ITO薄膜的制备方法制成，所述ITO薄膜包括ITO界面层和ITO电流扩散层，所述ITO界面层为高功函数的界面层，所述ITO电流扩散层为渐变结构的扩展层。
本发明还提供一种LED芯片，所述LED芯片采用本发明提供的上述LED芯片的制备方法制成，所述LED芯片包括外延片；沉积在所述外延片的P-GaN层上的具有高功函数的ITO界面层；沉积在所述ITO界面层上渐变结构的ITO电流扩散层；蒸镀在渐变结构的所述ITO电流扩散层上的P电极；蒸镀在暴露的所述外延片的N-GaN层上的N电极。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的ITO薄膜的制备方法，其借助向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的ITO界面层，这可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面势垒；并且借助逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积ITO电流扩散层，由于在低气流量的氧气的下制备的ITO薄膜的电阻较小，因此在沉积ITO电流扩散层的过程中逐渐减小氧气的气流量，可以减小ITO薄膜本身的电阻，并且可以避免ITO薄膜本身的成分发生突变，因而可以避免ITO薄膜本身引入新的界面电阻，这与现有技术相比，不仅无需增加退火工艺就可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面势垒，而且可以减小ITO薄膜本身的电阻，以及可以避免ITO本身引入新的界面电阻，从而不仅可以降低LED芯片的驱动电压，而且可以提高工艺效率和提高工艺质量。
本发明提供的LED芯片的制备方法，其采用本发明提供的ITO薄膜的制备方法，不仅可以降低LED芯片的驱动电压，而且可以提高工艺效率和提高工艺质量。
本发明提供的ITO薄膜，其采用本发明提供的ITO薄膜的制备方法制成，不仅无需增加退火工艺就可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面势垒，而且可以减小ITO薄膜本身的电阻，以及可以避免ITO本身引入新的界面电阻，从而可以提高ITO薄膜的性能，进而可以降低LED芯片的驱动电压。
本发明提供的LED芯片，其采用本发明提供的LED芯片的制备方法制成，不仅可以降低LED芯片的驱动电压，而且可以提高工艺效率和提高工艺质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的ITO薄膜的制备方法的流程框图；
图2为具有采用本实施例提供ITO薄膜的制备方法制备的ITO薄膜的LED芯片的结构示意图；
图3为具有采用本实施例提供的ITO薄膜制备方法制备的ITO薄膜的LED芯片与具有现有的ITO薄膜的LED芯片的参数对照表；以及
图4为本发明实施例提供的LED芯片的制备方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的ITO薄膜及其制备方法、LED芯片及其制备方法进行详细描述。
图1为本发明实施例提供的ITO薄膜的制备方法的流程框图。图2为具有采用本实施例提供ITO薄膜的制备方法制备的ITO薄膜的LED芯片的结构示意图。请一并参阅图1和图2，ITO薄膜包括ITO界面层和ITO电流扩散层，本实施例提供的ITO薄膜的制备方法至少包括以下步骤：
步骤S1，向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的ITO界面层；
步骤S2，逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积渐变结构的ITO电流扩散层。
在本实施例中，在步骤S1中沉积ITO界面层，和/或，在步骤S2中沉积渐变结构的ITO电流扩散层可以采用磁控溅射、蒸镀或者化学气相沉积的方式沉积。例如，在步骤S1中，采用磁控溅射方式沉积ITO界面层，磁控溅射的靶材中In2O3:SnO2=90%:10%，且靶材为陶瓷靶，溅射功率为130W，沉积温度250℃，氧气的气流量为2sccm；在步骤S2中，采用磁控溅射方式沉积渐变结构的ITO电流扩散层，磁控溅射的靶材中In2O3:SnO2=90%:10%，且靶材为陶瓷靶，溅射功率为260W，沉积温度250℃。
优选地，在步骤S1中沉积ITO界面层的预设厚度的范围在1～5nm。进一步优选地，在步骤S1中沉积ITO界面层的厚度为2nm。
容易理解，在步骤S1中，借助向反应腔室内通入高气流量的氧气，可以有效地抑制ITO薄膜中氧空位的产生，因而可以提高ITO界面层的功函数，本实施例中，可以使得ITO界面层的功函数为5.2eV，从而可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面势垒，进而可以降低LED芯片的驱动电压。
在本实施例的步骤S2中，逐渐降低氧气的气流量包括线性降低或者阶梯降低。具体地，线性降低包括：在500s的时间内，氧气的气流量从2sccm降低至0sccm，线性降低的氧气气流量降低速率为0.004sccm/s；阶梯降低包括：将氧气的气流量从2sccm降低为1.5sccm，在氧气的气流量为1.5sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从1.5sccm降低为1sccm，在氧气的气流量为1sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从1sccm降低为0.5sccm，在氧气的气流量为0.5sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从0.5sccm降低为0sccm，在氧气的气流量为0sccm的条件下沉积时间为50s。在实际应用中，可以根据实际工艺结构进行调节线性降低方式的氧气气流量降低速率或者阶梯降低方式的阶梯个数以及沉积时间，当然，也可以采用其他减小方式，例如，可以采用波动不是很大的非线性降低方式。
容易理解，在步骤S2中，在沉积ITO界面层后逐渐降低氧气的气气流量，可以在沉积ITO电流扩散层的过程中增加氧空穴，因而可以降低ITO薄膜本身的电阻；而且逐渐降低氧气的输入气流量，可以避免ITO薄膜本身的成分发生突变，即，可以使得ITO电流扩展层为渐变结构，因而可以避免ITO薄膜本身引入新的界面电阻，从而可以降低LED芯片的驱动电压。
下面结合图3详细地描述具有采用本实施例提供的ITO薄膜的制备方法制备的ITO薄膜的LED芯片性能参数变化，请参阅图3，具体地，针对同一批次制备的LED外延片上分别采用本实施例提供的ITO薄膜制备方法和现有技术的制备方法制备ITO薄膜，以制备LED芯片，并对制备的LED芯片的参数进行检测，LED芯片参数包括驱动电压和亮度，如图3所示，驱动电压Vf是指LED芯片的驱动电压，单位为V；亮度LOP是指LED芯片的亮度，单位为mW。由图3容易看出，具有采用本实施例提供的ITO薄膜制备方法制备的ITO薄膜的LED芯片与具有现有的ITO薄膜的LED芯片相比，其驱动电压Vf降低了0.06V左右，且LED芯片的亮度并没有降低，从而可以在整体上改善LED芯片的性能。
需要说明的是，在本实施例中，采用磁控溅射方式、蒸镀或者化学气相沉积方式可通过调节氧气的流量值依次沉积ITO界面层和ITO电流扩展层，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，可以采用调节其他工艺参数等效于调节氧气的气流量的方式来实现沉积高功函数的沉积ITO界面层和渐变结构的ITO电流扩展层，也属于本发明的保护范围。
综上所述，本实施例提供的ITO薄膜的制备方法，其借助向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的ITO界面层，这可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面势垒；并且借助逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积渐变结构的ITO电流扩散层，由于在低气流量的氧气的下制备的ITO薄膜的电阻较小，因此在沉积ITO电流扩散层的过程中逐渐减小氧气的气流量，可以减小ITO薄膜本身的电阻，并且使得ITO电流扩散层为渐变结构，这可以避免ITO薄膜本身的成分发生突变，因而可以避免ITO薄膜本身引入新的界面电阻，这与现有技术相比，不仅无需增加退火工艺就可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面势垒，而且可以减小ITO薄膜本身的电阻，以及可以避免ITO本身引入新的界面电阻，从而不仅可以降低LED芯片的驱动电压，而且可以提高工艺效率和提高工艺质量。
作为另外一个技术方案，本发明还提供一种LED芯片的制备方法，图4为本发明实施例提供的LED芯片的制备方法的流程框图。请参阅图4，本实施例提供的LED芯片具有ITO薄膜，LED芯片的制备方法包括以下步骤：
步骤S10，提供外延片；
步骤S20，对外延片依次进行Mesa光刻和刻蚀处理，以暴露外延片的N-GaN层；
步骤S30，向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在外延片的P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的ITO界面层；
步骤S40，逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积渐变结构的ITO电流扩散层；
步骤S50，蒸镀P电极和N电极，形成LED COW结构。
在本实施例中，该LED芯片的制备方法采用上述实施例提供的ITO薄膜的制备方法，具体地，步骤S30和步骤S40分别与上述实施例提供的ITO薄膜的制备方法中的步骤S1和步骤S2一一对应，由于ITO薄膜的制备方法在上述实施例中已有了详细的描述，在此不再赘述。
步骤S30和步骤S40用以实现仅在P-GaN层上沉积具有ITO界面层和ITO电流扩散层的ITO薄膜，具体地，在步骤S20之后向LED外延片上整体上依次沉积ITO界面层和ITO电流扩散层，之后对ITO薄膜进行刻蚀工艺，将位于N-GaN层上的ITO薄膜刻蚀掉，以实现仅在P-GaN层上沉积ITO薄膜。
在步骤S50中还包括对ITO薄膜进行退火，再蒸镀P电极和N电极，形成LED COW结构。
另外，在步骤S30中沉积ITO界面层，和/或，在步骤S40中沉积ITO电流扩散层可以采用磁控溅射、蒸镀或者化学气相沉积的方式沉积。
本实施例提供的LED芯片的制备方法，其采用上述实施例提供的ITO薄膜的制备方法，不仅可以降低LED芯片的驱动电压，而且可以提高工艺效率和提高工艺质量。
作为另外一个技术方案，本实施例还提供一种ITO薄膜，ITO薄膜采用上述实施例提供的ITO薄膜的制备方法制成，ITO薄膜包括ITO界面层和ITO电流扩散层，其中，ITO界面层为高功函数的界面层，ITO电流扩散层为渐变结构的扩展层。
本实施例提供的ITO薄膜，其采用上述实施例提供的ITO薄膜的制备方法制成，不仅无需增加退火工艺就可以降低ITO薄膜与P-GaN层之间的界面势垒，而且可以减小ITO薄膜本身的电阻，以及可以避免ITO本身引入新的界面电阻，从而可以提高ITO薄膜的性能，进而可以降低LED芯片的驱动电压。
作为另外一个技术方案，本实施例还提供一种LED芯片，LED芯片采用上述实施例提供的LED芯片的制备方法制成，LED芯片包括：外延片；沉积在外延片的P-GaN层上的具有高功函数的ITO界面层；沉积在ITO界面层上渐变结构的ITO电流扩散层；蒸镀在渐变结构的ITO电流扩散层上的P电极；蒸镀在暴露的外延片的N-GaN层上的N电极。
本实施例提供的LED芯片，其采用上述实施例提供的LED芯片的制备方法制成，不仅可以降低LED芯片的驱动电压，而且可以提高工艺效率和提高工艺质量。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种ITO薄膜的制备方法，所述ITO薄膜包括ITO界面层和ITO电流扩散层，其特征在于，至少包括以下步骤：
步骤S1，向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的所述ITO界面层；
步骤S2，逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积渐变结构的所述ITO电流扩散层。
2.根据权利要求1所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中沉积所述ITO界面层，和/或，在所述步骤S2中沉积渐变结构的所述ITO电流扩散层采用磁控溅射、蒸镀或者化学气相沉积的方式沉积。
3.根据权利要求2所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，采用磁控溅射方式沉积所述ITO界面层，所述磁控溅射的靶材中In2O3:SnO2=90%:10%，溅射功率为130W，沉积温度250℃，氧气的气流量为2sccm。
4.根据权利要求1所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述ITO界面层的预设厚度的范围在1～5nm。
5.根据权利要求1所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述ITO界面层的功函数为5.2eV。
6.根据权利要求1所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用磁控溅射方式沉积渐变结构的所述ITO电流扩散层，所述磁控溅射的靶材中In2O3:SnO2=90%:10%，溅射功率为260W，沉积温度250℃。
7.根据权利要求1所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，逐渐降低氧气的气流量包括线性降低或者阶梯降低。
8.根据权利要求7所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述线性降低包括：在500s的时间内，氧气的气流量从2sccm降低至0sccm，所述线性降低的氧气气流量降低速率为0.004sccm/s。
9.根据权利要求7所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述阶梯降低包括：将氧气的气流量从2sccm降低为1.5sccm，在氧气的气流量为1.5sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从1.5sccm降低为1sccm，在氧气的气流量为1sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从1sccm降低为0.5sccm，在氧气的气流量为0.5sccm的条件下沉积时间为150s；将氧气的气流量从0.5sccm降低为0sccm，在氧气的气流量为0sccm的条件下沉积时间为50s。
10.一种LED芯片的制备方法，所述LED芯片具有ITO薄膜，其特征在于，所述LED芯片的制备方法包括权利要求1-9任意一项所述的ITO薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤S10，提供外延片；
步骤S20，对外延片依次进行Mesa光刻和刻蚀处理，以暴露外延片的N-GaN层；
步骤S30，向反应腔室内输送高气流量的氧气，以在外延片的P-GaN层上预先沉积预设厚度的具有高功函数的ITO界面层；
步骤S40，逐渐降低向反应腔室内输送的氧气的气流量，以在ITO界面层上沉积渐变结构的ITO电流扩散层；
步骤S50，蒸镀P电极和N电极，形成LED COW结构。
11.一种ITO薄膜，所述ITO薄膜采用权利要求1-9任意一项所述的ITO薄膜的制备方法制成，所述ITO薄膜包括ITO界面层和ITO电流扩散层，其特征在于，所述ITO界面层为高功函数的界面层，所述ITO电流扩散层为渐变结构的扩展层。
12.一种LED芯片，所述LED芯片采用权利要求10所述的LED芯片的制备方法制成，其特征在于，所述LED芯片包括
外延片；
沉积在所述外延片的P-GaN层上的具有高功函数的ITO界面层；
沉积在所述ITO界面层上渐变结构的ITO电流扩散层；
蒸镀在渐变结构的所述ITO电流扩散层上的P电极；
蒸镀在暴露的所述外延片的N-GaN层上的N电极。
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