CN105679887B - 一种多方向生长晶粒的ito薄膜及其制备方法、led芯片及其制备方法 - Google Patents
一种多方向生长晶粒的ito薄膜及其制备方法、led芯片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105679887B CN105679887B CN201610047612.5A CN201610047612A CN105679887B CN 105679887 B CN105679887 B CN 105679887B CN 201610047612 A CN201610047612 A CN 201610047612A CN 105679887 B CN105679887 B CN 105679887B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crystal grain
- ito
- thin film
- preparation
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 192
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 37
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 25
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 125
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 9
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005282 brightening Methods 0.000 description 1
- 208000002925 dental caries Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多方向生长晶粒的ITO薄膜及其制备方法、LED芯片及其制备方法，具体步骤包括：(1)安装电磁线圈；(2)通入氧气，LED外延片表面蒸镀最底层ITO；(3)周期T内，通入恒定电流i1，最底层ITO上生长第一阶段ITO晶粒层；(4)周期T内，通入恒定电流i2，第一阶段ITO晶粒层上生长第二阶段ITO晶粒层；(5)周期T内，反向通入i1，第二阶段ITO晶粒层上生长第三阶段ITO晶粒层；(6)周期T内，反向通入i2，第三阶段ITO晶粒层上生长第四阶段ITO晶粒层。本发明蒸镀出来晶粒存在多种方向，在三维空间上对光进行多层散射，提高了光的散射角度，光的外提取效率提高50％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种多方向生长晶粒的ITO薄膜及其制备方法、LED芯片及其制备方法，特别是一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，属于光电技术领域。
背景技术
LED发光二极管因其耗电低、安全、重量轻、寿命长被广泛应用于路灯照明、背光源、亮化领域。LED发光二极管的亮度和寿命主要受光提取效率较低的影响，这是因为光从氮化镓材料中发出要经过透明导电层ITO、钝化层再射入空气，其中氮化镓的折射率是3.2-3.6，ITO的折射率是1.4-2，都和空气的折射率相差很大，导致光的反射角过小，大量的光无法射出表面，只能反射回氮化镓内部，使得光的外提取效率低，反射回的光线又被氮化镓吸收增加了热能，降低芯片的使用寿命。所以如何能提高光的提取效率是目前急需解决的问题。
为了解决这个问题，很多研究机构和公司都进行了大量的研究，因为氮化镓的表层比较薄，对其晶格和形貌的改动都会影响电压、增加缺陷，所以一般都是从透明导电层ITO入手进行优化。目前主要有以下几种方法：一种通过改变氧气、压强、温度的方法分步蒸镀改变ITO的致密度从而形成分层的ITO薄膜，一种是利用湿法或是干法刻蚀ITO表面将其粗化；
中国专利文献CN103451605A公开了一种用分步ITO蒸镀代替传统ITO蒸镀进行ITO粗化的方法；将浓硫酸和双氧水按照2：1的比例进行混合，同时降温至100度，将外延片放置其中进行充分清洗5min后，取出用清水冲洗干净。
中国专利文献CN104651785A公开了一种ITO薄膜的制备方法，所述制备方法采用磁控溅射制备工艺，工艺过程中通入的O2流量随时间变化，来制得折射率范围较宽的ITO薄膜，使之与GaN和封装材料的折射率相匹配。该专利存在的缺陷为：这种蒸镀出来的ITO薄膜从微观上看还是柱状的结晶体，只是能提高部分光线的初射效率。
中国专利文献CN103451605A公开了一种用分步ITO蒸镀代替传统ITO蒸镀进行ITO粗化的方法；将浓硫酸和双氧水按照2：1的比例进行混合，同时降温至100度，将外延片放置其中进行充分清洗5min后，取出用清水冲洗干净。将清洗后外延片固定于镀锅内，采用ITO分步蒸镀的方式，改变每层ITO蒸镀时的速率和氧流量，从而使外延片最外层ITO达到粗化的效果。该专利存在的缺陷为：这种蒸镀出来ITO虽然表面粗化了，但是还是以长柱状结晶体为主，只是中间空隙加大，所以出光效率提高也不大。
中国专利文献CN103474528A公开了一种用ICP干法刻蚀对ITO表面进行粗化处理的方法；将外延片清洗干净，随后将其固定于蒸镀机内，进行正常的ITO蒸镀，待ITO蒸镀完毕后，取出上述产品，同时将其置于ICP腔体内，通入Ar气，对ITO表面进行粗化处理以提高LED芯片的出光效率。这种干法刻蚀，需要昂贵的干法刻蚀设备，而且ITO刻蚀速率慢，要刻蚀到一定深度，需要的时间也较长，而且在刻蚀过程中，会改变ITO的导电性和透光性，所以不利于推广。
中国专利文献CN203503688U公开了一种LED表面粗化芯片，所述LED芯片包括衬底以及成形在所述衬底上的外延层，所述外延层依次包括n-GaN层、发光层和p-GaN层；所述p-GaN层上成形有透明导电层；以及分别成形在所述n-GaN层和所述透明导电层上的n型电极和p型电极，其中，所述p-GaN层表面设有多个粗化图形；所述透明导电层设有多个开孔图形，所述全部或部分粗化图形暴露在该开孔图形中。这种方法需要光刻进行图形制备，图形必须达到几个微米甚至更小，这样需要昂贵的光刻设备，而且为了保证下一步的刻蚀或腐蚀，光刻胶厚度要2微米以上，对于微小图形，这么厚的光刻胶这是无法保证图形的形貌。所以此方法是无法用于规模化生产的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种多方向生长晶粒的ITO薄膜及其制备方法、LED芯片及其制备方法。
本发明通过添加周期性变化的磁场控制蒸镀时粒子的运动轨迹，使三维方向上呈现不同方向生长的结晶颗粒，使光在ITO薄膜内部散射，将光的外提取效率提高到50％以上，方法简单，过程可控，适合规模化生产。
术语解释
LED：Light Emitting Diode，发光二极管；
ITO：Indium Tin Oxide，氧化铟锡，是一种透明导电薄膜。
本发明的技术方案为：
一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，具体步骤包括：
(1)在蒸镀腔室安装电磁线圈，使电磁线圈产生的磁感应强度的方向与蒸镀腔室内蒸发源发射粒子的方向垂直；
(2)往蒸镀腔室内通入氧气，在LED外延片表面蒸镀最底层ITO；此步骤不给电磁线圈通电流，最底层ITO上晶粒竖直打到LED外延片上，生成的晶粒是竖直向上的，目的是保证最底层ITO致密，保证与LED外延片的接触电压较低。
(3)在周期T内，往电磁线圈中通入恒定电流i1，在最底层ITO上生长一层第一阶段ITO晶粒层；T的取值范围为60-300s，i1的取值范围为0.5-2A；该步骤生成的粒子偏转的半径R较大，所以第一阶段ITO晶粒层晶粒生长的角度偏离竖直方向夹角不是很大，目的是第一阶段ITO晶粒层生长已经出现方向改变但是变化不大，是过渡层，先保证与最底层ITO之间晶粒的生长方向的变化不会过大。
(4)在周期T内，往电磁线圈中通入恒定电流i2，在第一阶段ITO晶粒层上生长一层第二阶段ITO晶粒层，i2的取值范围为2A-5A；该步骤生成的粒子偏转的半径R较小，所以第二阶段ITO晶粒层晶粒生长的角度偏离竖直方向夹角较大。目的是使第二阶段ITO晶粒层生长方向大幅度改变，扩大光散射的角度。
(5)在周期T内，往电磁线圈中反向通入恒定电流i1，在第二阶段ITO晶粒层上生长一层第三阶段ITO晶粒层；该步骤生成的粒子偏转的半径R较大，所以第三阶段ITO晶粒层晶粒生长的角度偏离竖直方向夹角不大。目的是使第三阶段ITO晶粒层晶粒生长方向和第二阶段ITO晶粒层晶粒的方向相反但是变化不会过大，也是过渡层。
(6)在周期T内，往电磁线圈中反向通入恒定电流i2，在第三阶段ITO晶粒层上生长一层第四阶段ITO晶粒层；该步骤生成的粒子偏转的半径R较小，所以第四阶段ITO晶粒层晶粒生长的角度偏离竖直方向夹角较大。目的是使第四阶段ITO晶粒层晶粒生长方向与第二阶段ITO晶粒层晶粒生长方向关于竖直方向对称，尽可能大的扩大光散射的角度。
(7)循环执行步骤(2)至步骤(6)，直至ITO薄膜达到所需的厚度。
在蒸镀腔室安装电磁线圈，能产生如图1所示的磁场，磁场的在蒸镀腔室内是均匀分布的，根据右手螺旋定则磁场的方向和强弱由电磁线圈的电流决定，大小与电磁线圈的电流i成正比。根据带电粒子在磁场中发生偏转做圆周运动，圆周运动的半径R与磁感应强度B及质量m、带电量q、入射速度v之间的关系是R＝mv/qB，当m、v、q不变的情况下，半径R与磁感应强度B成反比。半径R越小粒子到达衬底表面与竖直方向的夹角越大，从而生成的晶粒的方向与竖直方向的夹角也就越大，如图2所示，反之，则半径R越大形成的夹角越小，如图3所示。如果将电磁线圈的电流i反向，则磁感应强度B的方向也反向，根据左手定则，粒子做圆周运动的方向也会改变，从而生成晶粒的方向也会改变，与电磁线圈的电流i反向时生成的晶粒方向关于竖直方向对称。所通的电磁线圈的电流i是如图4所示的周期性变化的电流，所以磁感应强度B也是周期性变化的如图5所示。按照此周期变化电流所蒸镀出来ITO晶粒存在多种方向，可在三维空间上对光进行多层散射。
根据本发明优选的，所述LED外延片为氮化镓基蓝光LED外延片或铝镓铟磷四元红光LED外延片；所述LED外延片包括自下而上依次设置的衬底、缓冲层、N-GaN层、P-GaN层。
根据本发明优选的，所述步骤(2)中，蒸镀腔室内，真空度为5x10-5-7x10-5Torr，通氧量为5-10sccm；在蒸镀腔室顶端通入氧气；蒸镀速率为生成的最底层ITO的厚度为进一步优选的，真空度为5x10-5Torr，通氧量为5sccm；在蒸镀腔室顶端通入氧气；蒸镀速率为生成的最底层ITO的厚度为
根据本发明优选的，所述最底层ITO的晶粒的直径为10-20nm，进一步优选的，所述最底层ITO的晶粒的直径为15nm。
根据本发明优选的，所述第一阶段ITO晶粒层的厚度为0.1-1nm，所述第一阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为5-15°；进一步优选的，所述第一阶段ITO晶粒层的厚度为1nm，所述第一阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为15°。
根据本发明优选的，所述第二阶段ITO晶粒层的厚度为0.5-1.5nm，所述第二阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为10-45°；进一步优选的，第二阶段ITO晶粒层的厚度为1.5nm，ITO晶粒层与竖直方向的夹角为30°。
根据本发明优选的，所述第三阶段ITO晶粒层的厚度为0.1-1nm，所述第三阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为5-15°；进一步优选的，所述第三阶段ITO晶粒层的厚度为1nm，所述第三阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为15°。
根据本发明优选的，所述第四阶段ITO晶粒层的厚度为0.5-1.5nm，所述第四阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为10-45°；进一步优选的，所述第四阶段ITO晶粒层的厚度为1.5nm，所述第四阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为30°。
根据本发明优选的，所述步骤(7)中，得到的ITO薄膜的厚度为150-300nm，进一步优选的，得到的ITO薄膜的厚度为300nm。
一种LED芯片的制备方法，所述LED芯片具有多方向生长晶粒的ITO薄膜，所述LED芯片的制备方法包括本发明提供的上述多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，具体步骤包括：
①提供LED外延片；
②对LED外延片依次进行Mesa光刻和刻蚀处理，以暴露LED外延片的N-GaN层；
③按照本发明提供的上述多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，在P-GaN层上制备所述多方向生长晶粒的ITO薄膜；
④蒸镀P电极和N电极，得到LED芯片。
一种多方向生长晶粒的ITO薄膜，所述多方向生长晶粒的ITO薄膜采用本发明提供的上述多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法制成，所述多方向生长晶粒的ITO薄膜包括由底至上依次蒸镀的所述最底层ITO、所述第一阶段ITO晶粒层、所述第二阶段ITO晶粒层、所述第三阶段ITO晶粒层、所述第四阶段ITO晶粒层。
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芯片包括由底至上依次蒸镀的所述LED外延片、所述最底层ITO、所述第一阶段ITO晶粒层、所述第二阶段ITO晶粒层、所述第三阶段ITO晶粒层、所述第四阶段ITO晶粒层、所述P电极、所述N电极。
本发明的有益效果为：
1、本发明蒸镀出来晶粒存在多种方向，可在三维空间上对光进行多层散射，相比较仅对ITO薄膜表面粗化，大大提高了光的散射角度，将光的外提取效率提高到50％以上。
2、本发明方法得到ITO薄膜相对与光刻图形法得到的良率高，生产过程重复性高。
3、本发明仅仅通过添加电磁线圈，通过改变电流来控制粒子的偏转角度，使得没有增加额外的工艺步骤和昂贵的刻蚀和光刻设备，方法简单，过程可控，适合规模化生产。
附图说明
图1为本发明电磁线圈的结构示意图；
图1中，将线圈缠在T字型铁芯上，通入如图1方向的电流，产生如图中方向的磁感应强度B。
图2为粒子偏转的半径R较小时粒子的运动轨迹示意图；
图3为粒子偏转的半径R较大时粒子的运动轨迹示意图；
图4为电流-时间i-t图像示意图，横坐标t表示时间，纵坐标i表示通入电磁线圈的电流；
图5为半径-时间R-t图像示意图，横坐标t表示时间，纵坐标R表示粒子偏转的半径；
图6为一个生长周期4T内多方向生长晶粒的ITO薄膜结构示意图；
图6中，1、最底层ITO，2、第一阶段ITO晶粒层，3、第二阶段ITO晶粒层，4、第三阶段ITO晶粒层，5、第四阶段ITO晶粒层。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，具体步骤包括：
(1)在蒸镀腔室安装电磁线圈，使电磁线圈产生的磁感应强度的方向与蒸镀腔室内蒸发源发射粒子的方向垂直；
(2)往蒸镀腔室内通入氧气，蒸镀腔室内，真空度为5x10-5Torr，通氧量为5sccm；在蒸镀腔室顶端通入氧气；蒸镀速率为在LED外延片表面蒸镀最底层ITO1，生成的最底层ITO1的厚度为最底层ITO1的晶粒的直径为10nm；此步骤不给电磁线圈通电流，最底层ITO1上晶粒竖直打到LED外延片上，生成的晶粒是竖直向上的，目的是保证最底层ITO1致密，保证与LED外延片的接触电压较低。所述LED外延片为氮化镓基蓝光LED外延片。
(3)在周期T内，往电磁线圈中通入恒定电流i1，在最底层ITO1上生长一层第一阶段ITO晶粒层2；T的取值为60s，i1的取值为0.5A；所述第一阶段ITO晶粒层2的厚度为0.1nm，所述第一阶段ITO晶粒层2与竖直方向的夹角为5°；该步骤生成的粒子偏转的半径R较大，所以第一阶段ITO晶粒层2晶粒生长的角度偏离竖直方向的夹角不是很大，目的是第一阶段ITO晶粒层2生长已经出现方向改变但是变化不大，是过渡层，先保证与最底层ITO1之间晶粒的生长方向的变化不会过大。
(4)在周期T内，往电磁线圈中通入恒定电流i2，在第一阶段ITO晶粒层2上生长一层第二阶段ITO晶粒层3，i2的取值为2A，所述第二阶段ITO晶粒层3的厚度为0.5nm，所述第二阶段ITO晶粒层3与竖直方向的夹角为10°；该步骤生成的粒子偏转的半径R较小，所以第二阶段ITO晶粒层3晶粒生长的角度偏离竖直方向的夹角较大。目的是使第二阶段ITO晶粒层3生长方向大幅度改变，扩大光散射的角度。
(5)在周期T内，往电磁线圈中反向通入恒定电流i1，在第二阶段ITO晶粒层3上生长一层第三阶段ITO晶粒层4；所述第三阶段ITO晶粒层4的厚度为0.1nm，所述第三阶段ITO晶粒层4与竖直方向的夹角为5°；该步骤生成的粒子偏转的半径R较大，所以第三阶段ITO晶粒层4晶粒生长的角度偏离竖直方向的夹角不大。目的是使第三阶段ITO晶粒层4晶粒生长方向和第二阶段ITO晶粒层3晶粒的方向相反但是变化不会过大，也是过渡层。
(6)在周期T内，往电磁线圈中反向通入恒定电流i2，在第三阶段ITO晶粒层4上生长一层第四阶段ITO晶粒层5；所述第四阶段ITO晶粒层5的厚度为0.5nm，所述第四阶段ITO晶粒层5与竖直方向的夹角为10°；该步骤生成的粒子偏转的半径R较小，所以第四阶段ITO晶粒层5晶粒生长的角度偏离竖直方向夹角较大。目的是使第四阶段ITO晶粒层5晶粒生长方向与第二阶段ITO晶粒层3晶粒生长方向关于竖直方向对称，尽可能大的扩大光散射的角度。
(7)循环执行步骤(2)至步骤(6)，直至ITO薄膜达到所需的厚度150nm。如图6所示。
本实施例得到的多方向生长晶粒的ITO薄膜光的外提取效率提高了50％以上。
在蒸镀腔室安装电磁线圈，能产生如图1所示的磁场，磁场的在蒸镀腔室内是均匀分布的，根据右手螺旋定则磁场的方向和强弱由电磁线圈的电流决定，大小与电磁线圈的电流i成正比。根据带电粒子在磁场中发生偏转做圆周运动，圆周运动的半径R与磁感应强度B及质量m、带电量q、入射速度v之间的关系是R＝mv/qB，当m、v、q不变的情况下，半径R与磁感应强度B成反比。半径R越小粒子到达衬底表面与竖直方向的夹角越大，从而生成的晶粒的方向与竖直方向的夹角也就越大，如图2所示，反之，则半径R越大形成的夹角越小，如图3所示。如果将电磁线圈的电流i反向，则磁感应强度B的方向也反向，根据左手定则，粒子做圆周运动的方向也会改变，从而生成晶粒的方向也会改变，与电磁线圈的电流i反向时生成的晶粒方向关于竖直方向对称。所通的电磁线圈的电流i是如图4所示的周期性变化的电流，所以磁感应强度B也是周期性变化的如图5所示。按照此周期变化电流所蒸镀出来ITO晶粒存在多种方向，可在三维空间上对光进行多层散射。
实施例2
根据实施例1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其区别在于：
步骤(2)中，蒸镀腔室内，真空度为7x10-5Torr，通氧量为10sccm；在蒸镀腔室顶端通入氧气；蒸镀速率为生成的最底层ITO1的厚度为最底层ITO1的晶粒的直径为20nm；所述LED外延片为铝镓铟磷四元红光LED外延片。
步骤(3)中，T的取值为300s，i1的取值为2A；所述第一阶段ITO晶粒层2的厚度为1nm，所述第一阶段ITO晶粒层2与竖直方向的夹角为15°；
步骤(4)中，i2的取值为5A，所述第二阶段ITO晶粒层3的厚度为1.5nm，所述第二阶段ITO晶粒层3与竖直方向的夹角为45°；
步骤(5)中，所述第三阶段ITO晶粒层4的厚度为1nm，所述第三阶段ITO晶粒层4与竖直方向的夹角为15°；
步骤(6)中，所述第四阶段ITO晶粒层5的厚度为1.5nm，所述第四阶段ITO晶粒层5与竖直方向的夹角为45°；
步骤(7)中，ITO薄膜达到所需的厚度300nm。
本实施例得到的多方向生长晶粒的ITO薄膜光的外提取效率提高了30％以上。
实施例3
根据实施例1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其区别在于：
步骤(2)中，蒸镀腔室内，真空度为6x10-5Torr，通氧量为8sccm；在蒸镀腔室顶端通入氧气；蒸镀速率为生成的最底层ITO的厚度为最底层ITO1的晶粒的直径为15nm；所述LED外延片为氮化镓基蓝光LED外延片。
步骤(3)中，T的取值为200s，i1的取值为1.5A；所述第一阶段ITO晶粒层2的厚度为0.5nm，所述第一阶段ITO晶粒层2与竖直方向的夹角为10°；
步骤(4)中，i2的取值为4A，所述第二阶段ITO晶粒层3的厚度为1.0nm，所述第二阶段ITO晶粒层3与竖直方向的夹角为30°；
步骤(5)中，所述第三阶段ITO晶粒层4的厚度为0.5nm，所述第三阶段ITO晶粒层4与竖直方向的夹角为10°；
步骤(6)中，所述第四阶段ITO晶粒层5的厚度为1.0nm，所述第四阶段ITO晶粒层5与竖直方向的夹角为30°；
步骤(7)中，ITO薄膜达到所需的厚度250nm。
本实施例得到的多方向生长晶粒的ITO薄膜光的外提取效率提高了40％以上。
实施例4
一种LED芯片的制备方法，所述LED芯片具有多方向生长晶粒的ITO薄膜，所述LED芯片的制备方法包括实施例1-3任一所述的多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，具体步骤包括：
①提供LED外延片；
②对LED外延片依次进行Mesa光刻和刻蚀处理，以暴露LED外延片的N-GaN层；
③按照实施例1-3任一所述的多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，在P-GaN层上制备所述多方向生长晶粒的ITO薄膜；
④蒸镀P电极和N电极，得到LED芯片。
实施例5
一种多方向生长晶粒的ITO薄膜，所述多方向生长晶粒的ITO薄膜采用实施例1-3任一所述的多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法制成，所述多方向生长晶粒的ITO薄膜包括由底至上依次蒸镀的所述最底层ITO1、所述第一阶段ITO晶粒层2、所述第二阶段ITO晶粒层3、所述第三阶段ITO晶粒层4、所述第四阶段ITO晶粒层5。
实施例6
一种LED芯片，所述LED芯片采用实施例1-3任一所述的多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法制成，所述LED芯片包括由底至上依次蒸镀的所述LED外延片、所述最底层ITO1、所述第一阶段ITO晶粒层2、所述第二阶段ITO晶粒层3、所述第三阶段ITO晶粒层4、所述第四阶段ITO晶粒层5、所述P电极、所述N电极。
Claims (16)
1.一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)在蒸镀腔室安装电磁线圈，使电磁线圈产生的磁感应强度的方向与蒸镀腔室内蒸发源发射粒子的方向垂直；
(2)往蒸镀腔室内通入氧气，在LED外延片表面蒸镀最底层ITO；
(3)在周期T内，往电磁线圈中通入恒定电流i1，在最底层ITO上生长一层第一阶段ITO晶粒层；T的取值范围为60-300s，i1的取值范围为0.5-2A；
(4)在周期T内，往电磁线圈中通入恒定电流i2，在第一阶段ITO晶粒层上生长一层第二阶段ITO晶粒层，i2的取值范围为2A-5A；
(5)在周期T内，往电磁线圈中反向通入恒定电流i1，在第二阶段ITO晶粒层上生长一层第三阶段ITO晶粒层；
(6)在周期T内，往电磁线圈中反向通入恒定电流i2，在第三阶段ITO晶粒层上生长一层第四阶段ITO晶粒层；
(7)循环执行步骤(2)至步骤(6)，直至ITO薄膜达到所需的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，蒸镀腔室内，真空度为5x10-5-7x10-5Torr，通氧量为5-10sccm；在蒸镀腔室顶端通入氧气；蒸镀速率为生成的最底层ITO的厚度为所述最底层ITO的晶粒的直径为10-20nm。
3.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，真空度为5x10-5Torr，通氧量为5sccm；在蒸镀腔室顶端通入氧气；蒸镀速率为生成的最底层ITO的厚度为所述最底层ITO的晶粒的直径为15nm。
4.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一阶段ITO晶粒层的厚度为0.1-1nm，所述第一阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为5-15°。
5.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一阶段ITO晶粒层的厚度为1nm，所述第一阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为15°。
6.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述第二阶段ITO晶粒层的厚度为0.5-1.5nm，所述第二阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为10-45°。
7.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，第二阶段ITO晶粒层的厚度为1.5nm，ITO晶粒层与竖直方向的夹角为30°。
8.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述第三阶段ITO晶粒层的厚度为0.1-1nm，所述第三阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为5-15°。
9.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述第三阶段ITO晶粒层的厚度为1nm，所述第三阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为15°。
10.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述第四阶段ITO晶粒层的厚度为0.5-1.5nm，所述第四阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为10-45°。
11.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述第四阶段ITO晶粒层的厚度为1.5nm，所述第四阶段ITO晶粒层与竖直方向的夹角为30°。
12.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，得到的ITO薄膜的厚度为150-300nm。
13.根据权利要求1所述的一种多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，得到的ITO薄膜的厚度为300nm。
14.一种LED芯片的制备方法，所述LED芯片具有多方向生长晶粒的ITO薄膜，所述LED芯片的制备方法包括权利要求1-13任一所述的多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
①提供LED外延片；
②对LED外延片依次进行Mesa光刻和刻蚀处理，以暴露LED外延片的N-GaN层；
③按照权利要求1-13任一所述的多方向生长晶粒的ITO薄膜的制备方法，在P-GaN层上制备所述多方向生长晶粒的ITO薄膜；
④蒸镀P电极和N电极，得到LED芯片。
15.一种多方向生长晶粒的ITO薄膜，其特征在于，所述多方向生长晶粒的ITO薄膜采用权利要求1-13任一所述的制备方法制成。
16.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片采用权利要求14所述的制备方法制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610047612.5A CN105679887B (zh) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 一种多方向生长晶粒的ito薄膜及其制备方法、led芯片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610047612.5A CN105679887B (zh) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 一种多方向生长晶粒的ito薄膜及其制备方法、led芯片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105679887A CN105679887A (zh) | 2016-06-15 |
| CN105679887B true CN105679887B (zh) | 2018-02-06 |
Family
ID=56302443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610047612.5A Active CN105679887B (zh) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 一种多方向生长晶粒的ito薄膜及其制备方法、led芯片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105679887B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002047559A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-15 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Ｉｔｏ膜及びその成膜方法 |
| CN104465933A (zh) * | 2013-09-18 | 2015-03-25 | 上海蓝光科技有限公司 | Ito薄膜的制备方法及采用该ito薄膜的led芯片的制作方法 |
| CN104911540A (zh) * | 2014-03-12 | 2015-09-16 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种提高led抗esd能力的ito薄膜的电子束蒸镀方法 |
-
2016
- 2016-01-25 CN CN201610047612.5A patent/CN105679887B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002047559A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-15 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Ｉｔｏ膜及びその成膜方法 |
| CN104465933A (zh) * | 2013-09-18 | 2015-03-25 | 上海蓝光科技有限公司 | Ito薄膜的制备方法及采用该ito薄膜的led芯片的制作方法 |
| CN104911540A (zh) * | 2014-03-12 | 2015-09-16 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种提高led抗esd能力的ito薄膜的电子束蒸镀方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105679887A (zh) | 2016-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9202975B2 (en) | Light emitting diode including graphene layer | |
| CN103325901B (zh) | 垂直结构表面等离激元增强GaN基纳米柱LED及制备方法 | |
| CN103325900B (zh) | 表面等离激元增强GaN基纳米柱LED及制备方法 | |
| CN108400206A (zh) | Led芯片结构及其制备方法 | |
| CN106910799A (zh) | 一种发光二极管的制备方法 | |
| CN102024898B (zh) | 发光二极管及其制造方法 | |
| CN102064245A (zh) | 发光二极管制造方法 | |
| CN101488551B (zh) | 一种GaN基发光二极管的制备方法 | |
| CN103022291B (zh) | 一种具有全方位反射镜的图形衬底及其制备方法 | |
| Sun et al. | Light extraction enhancement of bulk GaN light-emitting diode with hemisphere-cones-hybrid surface | |
| CN106601884B (zh) | ZnO基纳米杆/量子阱复合紫外发光二极管及其制备方法 | |
| CN112467005A (zh) | 一种多复合层图形化蓝宝石衬底的制备方法 | |
| CN107507892A (zh) | 一种高发光效率的垂直结构led芯片及其制备方法 | |
| CN102195234B (zh) | n型ZnO和p型GaN组合ZnO基垂直腔面发射激光器及制备方法 | |
| CN108538973A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN105679887B (zh) | 一种多方向生长晶粒的ito薄膜及其制备方法、led芯片及其制备方法 | |
| CN108346718A (zh) | 利用低折射率材料为介质的复合图形衬底及其制作方法 | |
| CN102751418B (zh) | 带有ZnO微米和纳米复合结构的LED管芯及其制备方法 | |
| CN108899399B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN103972350B (zh) | 一种新型结构的led芯片及其制作方法 | |
| CN102751417A (zh) | 带有ZnO微米图形阵列的LED管芯及其制备方法 | |
| CN104319328A (zh) | 一种GaN基LED芯片表面粗化的方法 | |
| CN104701137B (zh) | AlN缓冲层及具有该缓冲层的芯片的制备方法 | |
| CN107731971B (zh) | 一种基于光子晶体的垂直结构led芯片及其制备方法 | |
| CN206322727U (zh) | 一种GaAs基改良窗口层结构的黄绿光LED |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |