CN106531615A - 一种提高led芯片发光效率的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法，包括：首先，提供LED外延片，将所述LED外延片放置在蒸镀腔的载盘上，并将所述LED外延片温度维持170～210℃，在流量为11～13sccm的氧气气氛中，以1～3埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层；然后，进行快速热退火处理。本发明采用RPD(Reactive plasma deposition)机台进行低温过氧低速率蒸镀ITO透明导电层，运用优化后的参数蒸镀的ITO透明导电层，再次经过快速热退火(RTA，Rapid thermal annealing)工艺，使得ITO透明导电层与p型GaN层之间形成更好的欧姆接触，使其电流扩展能力大大提高，从而提高LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED制造技术领域，特别是涉及一种提高LED芯片发光效率的制备方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体发光器件，利用半导体P-N结电致发光原理制成。LED具有能耗低，体积小、寿命长，稳定性好，响应快，发光波长稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有广范的应用。
LED器件的结构主要包括n-GaN层、MQW(multiple quantum well，量子阱)层、p-GaN层、透明导电薄膜层以及合金电极层等。其中，透明导电薄膜层对LED器件的发光性能十分重要。而在众多可作为透明导电薄膜层的材料中，ITO是被最广泛应用的一种，主要是由于ITO具有低电阻率及高光穿透率的特性，符合了导电性及透光性良好的要求，同时，ITO薄膜导电性能良好，起到扩展p-GaN层的表面电流的作用。
ITO是英文Indium Tin Oxides的缩写，意思是氧化铟锡，是一种N型氧化物半导体。现有技术中常采用溅射(sputter)和电子束(E-beam)蒸镀来制备ITO透明导电层。但是，Sputter溅射ITO透明导电层时，由于采用直流(DC)溅射方式，比较容易对p-GaN层表面造成损伤，且sputter溅射的ITO透明导电层，表面过于平滑，因此对LED芯片的出光及金属焊盘的电极牢固性造成不良影响；而E-Beam蒸镀ITO透明导电层时，p-GaN层表面的台阶覆盖性又较差，造成ITO透明导电层的电流的扩展能力下降，LED芯片发光效率降低。
因此，提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法是本领域技术人员需要解决的课题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法，用于解决现有技术中制备的ITO透明导电层表面接触不好导致芯片发光效率低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法，，所述制备方法至少包括：
1)提供LED外延片，将所述LED外延片放置在蒸镀腔的载盘上，并将所述LED外延片温度维持170～210℃，在流量为11～13sccm的氧气气氛中，以1～3埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层；
2)进行快速热退火处理。
作为本发明提高LED芯片发光效率的制备方法的一种优化的方案，所述LED外延片包括：衬底及在所述衬底表面依次沉积的缓冲层GaN、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层。
作为本发明提高LED芯片发光效率的制备方法的一种优化的方案，所述步骤1)中采用反应式等离子体沉积机台进行ITO透明导电层的沉积。
作为本发明提高LED芯片发光效率的制备方法的一种优化的方案，所述步骤1)中将所述LED外延片温度维持180～200℃，在流量为11～12sccm的氧气气氛中，以1～2埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层。
作为本发明提高LED芯片发光效率的制备方法的一种优化的方案，所述步骤2)中快速热退火处理过程为：以20～40℃/秒的升温速率，升温至525～575℃，持温3～5分钟，然后通N2降温至200～300℃后，再在空气中自然降温。
作为本发明提高LED芯片发光效率的制备方法的一种优化的方案，所述步骤2)中快速热退火处理过程的升温和持温阶段，真空度小于0.1Torr。
作为本发明提高LED芯片发光效率的制备方法的一种优化的方案，所述持温3～5分钟的过程中，通入流量为2～3sccm的氧气。
如上所述，本发明提高LED芯片发光效率的制备方法，包括：首先，提供LED外延片，将所述LED外延片放置在蒸镀腔的载盘上，并将所述LED外延片温度维持170～210℃，在流量为11～13sccm的氧气气氛中，以1～3埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层；然后，进行快速热退火处理。本发明采用RPD(Reactive plasma deposition)机台进行低温过氧低速率蒸镀ITO透明导电层，运用优化后的参数蒸镀的ITO透明导电层，再次经过快速热退火(RTA，Rapid thermal annealing)工艺，使得ITO透明导电层与p型GaN层之间形成更好的欧姆接触，使其电流扩展能力大大提高，从而提高LED的发光效率。
附图说明
图1为本发明提高LED芯片发光效率的制备方法的流程示意图。
元件标号说明
S1～S2 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法，所述制备方法包括：
首先执行步骤S1，提供一LED外延片，所述LED外延片包括：衬底及在所述衬底表面依次沉积的缓冲层GaN、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层。
然后将所述外延片放置在反应式等离子体沉积(Reactive plasma deposition，RPD)机台的蒸镀腔的载盘上，当腔体的真空度达到预设值及腔体内的温度达到预设值后，等离子体电子枪(Plasma gun)发射等离子体轰击ITO靶材，经过等离子体轰击后的ITO靶材，形成In+和Sn+。
同时往腔体内通入适当流量的O2，在离子源的辅助下，In+和Sn+沉积到wafer表面，从而在所述外延片表面形成ITO透明导电层。
本实施例中，所述LED外延片温度维持在170℃，在流量为11sccm的氧气气氛中，以1埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层。
再执行步骤S2，进行快速热退火处理(Rapid thermal annealing，RTA)。先以20℃/秒的升温速率，升温至525℃，持温3分钟，然后通N2降温至200℃，再在空气中自然降温。本实施例中，持温阶段，通入氧气，其流量控制在2sccm。其中，在升温和持温阶段，退火炉内的真空度要求小于0.1Torr。
本发明采用低温过氧低速率蒸镀ITO透明导电层，低溫成膜ITO较为松散，退火时物质交换相对较为容易，能够较好的形成欧姆接触。另外，低溫下ITO晶格虽较为松散，但退火时氧气(O2)较难以从表面进入晶格內部，故低溫下过氧，可让ITO晶体內存有较多的氧化态，退火時晶格較容易建立，有利于提高LED的发光亮度，从而提高LED芯片的发光效率。
实施例二
本实施例提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法，所述制备方法包括：
首先执行步骤S1，提供一LED外延片，所述LED外延片包括：衬底及在所述衬底表面依次沉积的缓冲层GaN、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层。
然后将所述外延片放置在反应式等离子体沉积(Reactive plasma deposition，RPD)机台的蒸镀腔的载盘上，当腔体的真空度达到预设值及腔体内的温度达到预设值后，等离子体电子枪(Plasma gun)发射等离子体轰击ITO靶材，经过等离子体轰击后的ITO靶材，形成In+和Sn+。
同时往腔体内通入适当流量的O2，在离子源的辅助下，In+和Sn+沉积到wafer表面，从而在所述外延片表面形成ITO透明导电层。
本实施例中，所述LED外延片温度维持在180℃，在流量为12sccm的氧气气氛中，以1埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层。
再执行步骤S2，进行快速热退火处理(Rapid thermal annealing，RTA)。先以30℃/秒的升温速率，升温至540℃，持温4分钟，然后通N2降温至250℃，再在空气中自然降温。本实施例中，持温阶段，通入氧气，其流量控制在3sccm。其中，在升温和持温阶段，退火炉内的真空度要求小于0.1Torr。
本发明采用低温过氧低速率蒸镀ITO透明导电层，低溫成膜ITO较为松散，退火时物质交换相对较为容易，能够较好的形成欧姆接触。另外，低溫下ITO晶格虽较为松散，但退火时氧气(O2)较难以从表面进入晶格內部，故低溫下过氧，可让ITO晶体內存有较多的氧化态，退火時晶格較容易建立，有利于提高LED的发光亮度，从而提高LED芯片的发光效率。
实施例三
本实施例提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法，所述制备方法包括：
首先执行步骤S1，提供一LED外延片，所述LED外延片包括：衬底及在所述衬底表面依次沉积的缓冲层GaN、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层。
然后将所述外延片放置在反应式等离子体沉积(Reactive plasma deposition，RPD)机台的工蒸镀腔的载盘上，当腔体的真空度达到预设值及腔体内的温度达到预设值后，等离子体电子枪(Plasma gun)发射等离子体轰击ITO靶材，经过等离子体轰击后的ITO靶材，形成In+和Sn+。
同时往腔体内通入适当流量的O2，在离子源的辅助下，In+和Sn+沉积到wafer表面，从而在所述外延片表面形成ITO透明导电层。
本实施例中，所述LED外延片温度维持在200℃，在流量为13sccm的氧气气氛中，以3埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层。
再执行步骤S2，进行快速热退火处理(Rapid thermal annealing，RTA)。先以40℃/秒的升温速率，升温至575℃，持温5分钟，然后N2降温至300℃，再在空气中自然降温。本实施例中，持温阶段，通入氧气，其流量控制在2.5sccm。其中，在升温和持温阶段，退火炉内的真空度要求小于0.1Torr。
本发明采用低温过氧低速率蒸镀ITO透明导电层，低溫成膜ITO较为松散，退火时物质交换相对较为容易，能够较好的形成欧姆接触。另外，低溫下ITO晶格虽较为松散，但退火时氧气(O2)较难以从表面进入晶格內部，故低溫下过氧，可让ITO晶体內存有较多的氧化态，退火時晶格較容易建立，有利于提高LED的发光亮度，从而提高LED芯片的发光效率。
实施例四
本实施例提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法，所述制备方法包括：
首先执行步骤S1，提供一LED外延片，所述LED外延片包括：衬底及在所述衬底表面依次沉积的缓冲层GaN、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层。
然后将所述外延片放置在反应式等离子体沉积(Reactive plasma deposition，RPD)机台的蒸镀腔的载盘上，当腔体的真空度达到预设值及腔体内的温度达到预设值后，等离子体电子枪(Plasma gun)发射等离子体轰击ITO靶材，经过等离子体轰击后的ITO靶材，形成In+和Sn+。
同时往腔体内通入适当流量的O2，在离子源的辅助下，In+和Sn+沉积到wafer表面，从而在所述外延片表面形成ITO透明导电层。
本实施例中，所述LED外延片温度维持在190℃，在流量为11.5sccm的氧气气氛中，以1.8埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层。
再执行步骤S2，进行快速热退火处理(Rapid thermal annealing，RTA)。先以35℃/秒的升温速率，升温至560℃，持温3.5分钟，然后通N2降温至280℃，再在空气中自然降温。本实施例中，持温阶段，通入其流量控制在3sccm。其中，在升温和持温阶段，退火炉内的真空度要求小于0.1Torr。
本发明采用低温过氧低速率蒸镀ITO透明导电层，低溫成膜ITO较为松散，退火时物质交换相对较为容易，能够较好的形成欧姆接触。另外，低溫下ITO晶格虽较为松散，但退火时氧气(O2)较难以从表面进入晶格內部，故低溫下过氧，可让ITO晶体內存有较多的氧化态，退火時晶格較容易建立，有利于提高LED的发光亮度，从而提高LED芯片的发光效率。
综上所述，本发明提供一种提高LED芯片发光效率的制备方法，所述制备方法包括：首先提供LED外延片，将所述LED外延片放置在蒸镀腔的载盘上，并将所述LED外延片温度维持170～210℃，在流量为11～13sccm的氧气气氛中，以1～3埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层；然后进行快速热退火处理。本发明通过进行低温过氧低速率参数制备ITO导电薄膜层，再经过RTA工艺，使得ITO透明电极层与p-GaN层的良好欧姆接触，更有利于电流扩展，降低LED的正向电压，同时也有利于提高LED的发光亮度，从而提高LED芯片的发光效率。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种提高LED芯片发光效率的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：
1)提供LED外延片，将所述LED外延片放置在蒸镀腔的载盘上，并将所述LED外延片温度维持170～210℃，在流量为11～13sccm的氧气气氛中，以1～3埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面沉积ITO透明导电层；
2)进行快速热退火处理。
2.根据权利要求1所述的提高LED芯片发光效率的制备方法，其特征在于：所述LED外延片包括：衬底及在所述衬底表面依次沉积的缓冲层GaN、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层。
3.根据权利要求1所述的提高LED芯片发光效率的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中采用反应式等离子体沉积机台进行ITO透明导电层的沉积。
4.根据权利要求1所述的提高LED芯片发光效率的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中将所述LED外延片温度维持180～200℃，在流量为11～12sccm的氧气气氛中，以1～2埃/秒的薄膜沉积速率在所述LED外延片表面制备ITO透明导电层。
5.根据权利要求1所述的提高LED芯片发光效率的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中快速热退火处理过程为：以20～40℃/秒的升温速率，升温至525～575℃，持温3～5分钟，然后通N2降温至200～300℃后，再在空气中自然降温。
6.根据权利要求5所述的提高LED芯片发光效率的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中快速热退火处理过程的升温和持温阶段，真空度小于0.1Torr。
7.根据权利要求5所述的提高LED芯片发光效率的制备方法，其特征在于：所述持温3～5分钟的过程中，通入流量为2～3sccm的氧气。
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