CN109802016B

CN109802016B - 透明导电层制备方法、发光二极管及其制备方法

Info

Publication number: CN109802016B
Application number: CN201910046724.2A
Authority: CN
Inventors: 廖峻尉; 李家安; 陈志豪; 张国华; 陈柏松
Original assignee: Wuhu Elec Tech Optical Electronic Co ltd
Current assignee: Wuhu Elec Tech Optical Electronic Co ltd
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: CN109802016A

Abstract

本申请提供一种透明导电层制备方法、发光二极管及其制备方法。所述透明导电层制备方法通过湿式球磨法将所述铟锡氧化物粉末进行研磨制作铟锡氧化物纳米浆料，可以取代制程繁杂与昂贵的靶材，价格低操作简单。同时，通过印刷涂布法操作简单方便，降低了设备成本，实现常温常压条件下快速与大面积生产，有效提高了产能。所述铟锡氧化物纳米浆料为纳米等级且均匀性一致，热处理后可形成高质量的氧化铟锡透明导电层，提升了穿透率与导电率，提高发光二极管质量。

Description

透明导电层制备方法、发光二极管及其制备方法

技术领域

本申请涉及半导体光电器件领域，特别是涉及一种透明导电层制备方法、发光二极管及其制备方法。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种利用半导体的P-N结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。LED具有无污染、高亮度、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化等优点，随着研究的不断进展应用领域也越来越广。其中，透明导电层在发光二极管中起到重要角色，透明导电层需具备穿透率高、导电性佳的特性。透明导电层一般采用氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)材料，凭借良好的穿透率与导电率为LED芯片提升光效做出了极大贡献。

传统的透明导电层的制备方法采用物理气相沉积或者一些溅射沉积技术的真空镀膜制备方法(如溅镀)沉积到表面。其中，传统的透明导电层的制备方法的设备成本与源材备制较为昂贵，沉积速率慢且不适合快速生产。同时，靶材制作复杂，将铟锡氧化物粉末透过成形﹑烧结等程序制作，烧结温度需控制于一定高温范围，对靶材的密度与纯度至关重要，粉末粒径大小差异容易对后续烧结致密化有不良影响，使得透明导电层的穿透率与导电率低，影响了透明导电层的质量。

发明内容

基于此，有必要针对传统透明导电层的制备方法成本高、穿透率与导电率低的问题，提供一种穿透率与导电率高、成本低的可快速与大面积生产的透明导电层制备方法、发光二极管及其制备方法。

本申请提供一种透明导电层制备方法，包括：

S10，提供外延层结构、氧化铟粉末、氧化锡粉末以及无水乙醇；

S20，将所述氧化铟粉末与所述氧化锡粉末以9:1比例混合，并搭配所述无水乙醇配置铟锡氧化物粉末；

S30，将所述铟锡氧化物粉末加入湿式球磨机，并将所述铟锡氧化物粉末与氧化锆磨球混合进行研磨，获得铟锡氧化物纳米浆料；

S40，在常温常压环境下，将所述铟锡氧化物纳米浆料喷涂于所述外延层结构的表面，形成铟锡氧化物薄膜；

S50，将喷涂有所述铟锡氧化物薄膜的所述外延层结构放置于高温炉管进行400℃～600℃热处理，形成氧化铟锡透明导电层。

在一个实施例中，在所述步骤S30中，在采用所述湿式球磨机研磨所述铟锡氧化物粉末的过程中滴入3％～10％的聚乙稀吡咯烷酮分散剂，用以改善纳米颗粒团聚。

在一个实施例中，在所述步骤S30中，将所述铟锡氧化物粉末与氧化锆磨球以15:1比例混合进行研磨12小时～24小时，获得所述铟锡氧化物纳米浆料。

在一个实施例中，在所述步骤S40中，将所述铟锡氧化物纳米浆料喷涂于所述外延层结构表面形成所述铟锡氧化物薄膜时，采用印刷涂布法。

在一个实施例中，在所述步骤S40中，所述铟锡氧化物薄膜的厚度为30纳米～100纳米。

在一个实施例中，在所述步骤S50中形成所述氧化铟锡透明导电层时，采用高温热处理炉对喷涂有所述铟锡氧化物薄膜的所述外延层结构进行高温炉热处理。

在一个实施例中，一种发光二极管制备方法，包括：

S610，提供一个衬底；

S620，在所述衬底上依次制备U型层、N型半导体层、应力释放层、发光层以及P型半导体层，形成外延层结构；

S630，提供氧化铟粉末、氧化锡粉末以及无水乙醇；

S640，将所述氧化铟粉末与所述氧化锡粉末以9:1比例混合，并搭配所述无水乙醇配置铟锡氧化物粉末；

S650，将所述铟锡氧化物粉末加入湿式球磨机，并将所述铟锡氧化物粉末与氧化锆磨球以15:1比例混合进行研磨12小时～24小时，获得铟锡氧化物纳米浆料；

S660，在常温常压环境下，将所述铟锡氧化物纳米浆料喷涂于所述外延层结构的表面，形成铟锡氧化物薄膜；

S670，将喷涂有所述铟锡氧化物薄膜的所述外延层结构放置于高温炉管进行400℃～600℃热处理，形成氧化铟锡透明导电层；

S680，刻蚀设置有所述氧化铟锡透明导电层的所述外延层结构至所述外延层结构的N型半导体层，形成N型平台；

S690，在所述N型半导体层的表面沉积N型金属电极，在所述氧化铟锡透明导电层的表面沉积P型金属电极，形成发光二极管。

在一个实施例中，在所述步骤S620中，在所述衬底上依次制备所述U型层、所述N型半导体层、所述应力释放层、所述发光层以及所述P型半导体层时，采用金属有机化合物化学气相沉淀。

在一个实施例中，一种发光二极管，包括如上述实施例中任一所述的透明导电层制备方法制备的透明导电层。

在一个实施例中，所述发光二极管还包括衬底、U型层、N型半导体层、应力释放层、发光层、P型半导体层、透明导电层、P型金属电极以及N型金属电极。所述U型层设置于所述衬底表面。所述N型半导体层设置于远离所述衬底的所述U型层表面。所述应力释放层设置于远离所述U型层的所述N型半导体层的部分表面。所述发光层设置于远离所述N型半导体层的所述应力释放层的表面。所述P型半导体层设置于远离所述应力释放层的所述发光层的表面。所述透明导电层设置于远离所述发光层的所述P型半导体层的表面。所述P型金属电极设置于远离所述P型半导体层的所述透明导电层的部分表面。所述N型金属电极设置于远离所述U型层的所述N型半导体层的部分表面，且所述N型金属电极与所述应力释放层间隔设置于所述N型半导体层的表面。

本申请提供一种上述透明导电层制备方法、发光二极管及其制备方法。所述透明导电层制备方法通过湿式球磨法将所述铟锡氧化物粉末进行研磨制作铟锡氧化物纳米浆料，可以取代制程繁杂与昂贵的靶材，价格低操作简单。同时，通过印刷涂布法操作简单方便，降低了设备成本，可以实现常温常压条件下快速与大面积生产，有效提高了产能。所述铟锡氧化物纳米浆料为纳米等级且均匀性一致，热处理后可形成高质量的所述氧化铟锡透明导电层，提升了穿透率与导电率，可以获取高质量的发光二极管。

附图说明

图1为本申请提供的透明导电层制备方法的流程图；

图2为本申请提供的印刷涂布法喷涂铟锡氧化物纳米浆料的示意图；

图3为本申请提供的外延层结构的结构示意图；

图4为本申请提供的发光二极管的结构示意图。

附图标记说明

发光二极管100、外延层结构110、衬底111、U型层112、N型半导体层113、应力释放层114、发光层115、P型半导体层116、所述透明导电层120、P型金属电极140、N型金属电极130、铟锡氧化物纳米浆料122、喷头121。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1-3，本申请提供一种透明导电层制备方法，包括：

S10，提供外延层结构110、氧化铟粉末、氧化锡粉末以及无水乙醇；

S40，在常温常压环境下，将所述铟锡氧化物纳米浆料喷涂于所述外延层结构110的表面，形成铟锡氧化物薄膜；

S50，将喷涂有所述铟锡氧化物薄膜的所述外延层结构110放置于高温炉管进行400℃～600℃热处理，形成氧化铟锡透明导电层120。

在所述步骤S10中，无水乙醇作为搭配溶剂将所述氧化铟粉末与所述氧化锡粉末进行混合。在所述步骤S20中，所述氧化铟粉末与所述氧化锡粉末的比例等于9:1，并通过所述无水乙醇配置成所述铟锡氧化物粉末，所述铟锡氧化物粉末具有黏稠而富有可塑性的特点。

在所述步骤S30中，湿式球磨机可以将物料被破碎之后，再进行粉碎的设备。将所述铟锡氧化物粉末与氧化锆磨球以15:1比例混合进行研磨12小时～24小时，且在采用所述湿式球磨机研磨所述铟锡氧化物粉末的过程中滴入3％～10％的聚乙稀吡咯烷酮分散剂，可以用以改善纳米颗粒团聚，获得所述铟锡氧化物纳米浆料。通过湿式球磨法(Ballmilling)可以将所述铟锡氧化物粉末调配后加入溶剂与分散剂研磨成纳米等级的浆料。所述铟锡氧化物纳米浆料为纳米等级且均匀性一致。

请参见图2，在所述步骤S40中，常温常压环境下，将制备好的所述铟锡氧化物纳米浆料122通过喷头121采用印刷涂布法喷涂于所述外延层结构110的表面。其中，所述铟锡氧化物薄膜的厚度为30纳米～100纳米。在所述步骤S50中，采用高温热处理炉对喷涂有所述铟锡氧化物薄膜的所述外延层结构110进行高温炉热处理，形成高品质的所述氧化铟锡透明导电层120。

所述透明导电层制备方法通过湿式球磨法将所述铟锡氧化物浆料进行研磨制作铟锡氧化物纳米浆料，可以不需透过复杂的成形与烧结程序形成靶材，可以取代制程繁杂与昂贵的靶材，价格低操作简单。同时，通过印刷涂布法操作简单方便，降低了设备成本，可以实现常温常压条件下快速与大面积生产，有效提高了产能。所述铟锡氧化物纳米浆料为纳米等级且均匀性一致，热处理后可形成高质量的所述氧化铟锡透明导电层120，提升了穿透率与导电率。

在一个实施例中，一种发光二极管制备方法，包括：

S610，提供一个衬底111；

S620，在所述衬底111上依次制备U型层112、N型半导体层113、应力释放层114、发光层以115及P型半导体层116，形成外延层结构110；

S630，提供氧化铟粉末、氧化锡粉末以及无水乙醇；

S660，在常温常压环境下，将所述铟锡氧化物纳米浆料喷涂于所述外延层结构110的表面，形成铟锡氧化物薄膜；

S670，将喷涂有所述铟锡氧化物薄膜的所述外延层结构110放置于高温炉管进行400℃～600℃热处理，形成氧化铟锡透明导电层120；

S680，刻蚀设置有所述氧化铟锡透明导电层的所述外延层结构110至所述外延层结构110的所述N型半导体层113，形成N型平台；

S690，在所述N型半导体层113的表面沉积N型金属电极130，在所述氧化铟锡透明导电层120的表面沉积P型金属电极140，形成发光二极管100。

其中，所述步骤S630～S670和所述步骤S10～S50相同，用于制备所述氧化铟锡透明导电层120。在所述步骤S620中，在所述衬底111通过金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)依次制备所述U型层112、所述N型半导体层113、所述应力释放层114、所述发光层115以及所述P型半导体层116。

在所述步骤S680中，刻蚀设置有所述氧化铟锡透明导电层的所述外延层结构110可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀，用以形成N型平台。

在一个实施例中，一种发光二极管100包括如上述中任一所述的透明导电层制备方法制备的透明导电层120。

请参见图4，在一个实施例中，所述发光二极管100还包括衬底111、U型层112、N型半导体层113、应力释放层114、发光层115、P型半导体层116、所述透明导电层120、P型金属电极140以及N型金属电极130。所述U型层112设置于所述衬底表面。所述N型半导体层113设置于远离所述衬底的所述U型层表面。所述应力释放层114设置于远离所述U型层的所述N型半导体层的部分表面。所述发光层115设置于远离所述N型半导体层的所述应力释放层的表面。所述P型半导体层116设置于远离所述应力释放层的所述发光层的表面。所述透明导电层120设置于远离所述发光层的所述P型半导体层的表面。所述P型金属电极140设置于远离所述P型半导体层的所述透明导电层的部分表面。所述N型金属电极130设置于远离所述U型层的所述N型半导体层的部分表面，且所述N型金属电极与所述应力释放层间隔设置于所述N型半导体层的表面。

其中，所述P型金属电极140与所述N型金属电极130材料均可以采用Ni/Al/Cr/Ni/Au，依次进行光刻、金属镀膜、剥离，即可制作成n型电极与p型电极，并进行退火形成欧姆接触。所述衬底111可以为蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底等。所述发光层115为磷化铟镓铝、氮化铝镓、铟氮化镓、氮化镓及磷化铟镓铝所构成材料组群中的至少一种材料。所述发光层115也可以为量子阱或氮化铟镓多重量子阱，根据GaN层中In含量的不同时可以发出紫外光、绿光和蓝光。所述应力释放层114可以为超晶格结构。所述N型半导体层113与所述P型半导体层116可以为氮化镓基(GaN-based)磊晶参杂不同金属而制成。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种透明导电层制备方法，其特征在于，包括：

S40，在常温常压环境下，将所述铟锡氧化物纳米浆料通过喷头采用印刷涂布法喷涂于所述外延层结构的表面，形成铟锡氧化物薄膜；

2.如权利要求1所述的透明导电层制备方法，其特征在于，在所述步骤S30中，在采用所述湿式球磨机研磨所述铟锡氧化物粉末的过程中滴入3％～10％的聚乙稀吡咯烷酮分散剂，用以改善纳米颗粒团聚。

3.如权利要求1所述的透明导电层制备方法，其特征在于，在所述步骤S30中，将所述铟锡氧化物粉末与氧化锆磨球以15:1比例混合进行研磨12小时～24小时，获得所述铟锡氧化物纳米浆料。

4.如权利要求1所述的透明导电层制备方法，其特征在于，在所述步骤S40中，所述铟锡氧化物薄膜的厚度为30纳米～100纳米。

5.如权利要求1所述的透明导电层制备方法，其特征在于，在所述步骤S50中形成所述氧化铟锡透明导电层时，采用高温热处理炉对喷涂有所述铟锡氧化物薄膜的所述外延层结构进行高温炉热处理。

6.一种发光二极管制备方法，其特征在于，包括：

S610，提供一个衬底；

S630，提供氧化铟粉末、氧化锡粉末以及无水乙醇；

S660，在常温常压环境下，将所述铟锡氧化物纳米浆料通过喷头采用印刷涂布法喷涂于所述外延层结构的表面，形成铟锡氧化物薄膜；

7.如权利要求6所述的发光二极管制备方法，其特征在于，在所述步骤S620中，在所述衬底上依次制备所述U型层、所述N型半导体层、所述应力释放层、所述发光层以及所述P型半导体层时，采用金属有机化合物化学气相沉淀。

8.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一所述的透明导电层制备方法制备的透明导电层。

9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括：

衬底；

U型层，设置于所述衬底表面；

N型半导体层，设置于远离所述衬底的所述U型层表面；

应力释放层，设置于远离所述U型层的所述N型半导体层的部分表面；

发光层，设置于远离所述N型半导体层的所述应力释放层的表面；

P型半导体层，设置于远离所述应力释放层的所述发光层的表面；

透明导电层，设置于远离所述发光层的所述P型半导体层的表面。

10.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括：

P型金属电极，设置于远离所述P型半导体层的所述透明导电层的部分表面；

N型金属电极，设置于远离所述U型层的所述N型半导体层的部分表面，且所述N型金属电极与所述应力释放层间隔设置于所述N型半导体层的表面。