[发明专利]一种ITO粗化的GaN基LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基LED芯片领域，具体涉及ITO表面粗化的GaN基LED芯片及制备方法。 

背景技术

随着GaN基LED的应用越来越广泛，如何使用生产线上成熟且低成本的技术实现ITO表面粗化以提高芯片出光效率是产业界重要的研究课题。表面粗化，亦即在芯片表面制备微结构，可增加光线在半导体材料和封装材料分界面入射角度的随机性，减少光线发生全反射的几率，从而有效地提高光提取效率。 

目前实现ITO表面粗化的方案主要有以下几种。使用紫外光刻技术，在ITO上制备紧密分布的微结构阵列；受衍射极限的限制，这种方法只能实现微米级别的表面微结构；使用电子束光刻技术或者激光全息光刻技术，在ITO上制备规则齐整的纳米尺寸的表面微结构；这种方法不适合生产线的批量生产。纳米压印技术是一种潜在的批量生产技术，但要求厂商额外购买昂贵的专用设备，而且压印母板的制备较为昂贵，研发成本高，目前尚未成熟。实验室中还采用在衬底表面旋涂聚苯乙烯纳米球或Ni纳米粒子悬浮液；或者在衬底表面蒸镀氯化物并使之吸收水分形成纳米岛；或者将芯片置入化合物的饱和溶液使之析出沉积纳米级颗粒；或者蒸镀金属薄膜后高温退火使金属团聚形成纳米颗粒；这些方法可制备成本较低的纳米尺寸的掩模，再通过干法刻蚀或湿法腐蚀，将图形转移到ITO层；但都引入了生产线上原本没有的额外材料作掩模。 

发明内容

针对上述ITO表面粗化方案的缺点，本发明公开一种高光提取效率、适用于LED生产线批量生产、无需增加额外设备且低成本的ITO粗化的GaN基LED芯片及其制备方法。 

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：（A）使用电子束蒸发在GaN基LED外延片表面沉积一层ITO作为透明导电层；（B）将步骤（A）得到的基片置入稀盐酸溶液进行无掩模的湿法腐蚀；（C）使用去离子水清洗步骤（B）得到的基片后放入烤箱烘烤；（D）在步骤（C）烘烤后的基片表面涂覆一层增粘剂；（E）再涂覆一层正性或负性光刻胶，在热板上烘烤后，使用具有微米尺寸结构的光刻掩模版进行普通紫外曝光，并再次在热板上烘烤； 

（F）将步骤（E）得到的基片置入显影液中显影；（G）使用去离子水清洗后放入烤箱烘烤；（H）再置入稀盐酸溶液进行有掩模的湿法腐蚀；（I）去除光刻胶后高温退火。

所述制备步骤（A）中电子束蒸发工艺的特征是，蒸镀过程中氧气流量为1sccm~20sccm，沉积温度为150℃~300℃，ITO的厚度为100nm~1000nm。 

进一步优化地，步骤（B）和（H）中湿法腐蚀工艺是，盐酸浓度为3%~50%，腐蚀温度为10℃~80℃，腐蚀时间根据盐酸浓度和腐蚀温度调整，范围不超过5sec~60min。 

进一步优化地，步骤（C）和（G）中烤箱烘烤工艺的特征是，温度为50℃~200℃，烘烤时间为30sec~60min。 

进一步优化地，步骤（D）中增粘剂涂覆工艺是，涂覆工艺是真空蒸注技术和旋涂技术中的一种。 

进一步优化地，步骤（E）中热板烘烤工艺是，热板烘烤的时间不超过3min，温度不超过120℃。 

进一步优化地，步骤（F）中显影工艺是，显影液使用磁力搅拌、循环泵、毛刷辊、人工晃动搅拌方法中的一种以上，显影液温度波动不超过4℃，温度均匀性优于±2℃。 

进一步优化地，步骤（I）中退火工艺是，在惰性气氛下退火，退火温度为300℃~800℃，退火时间为3min~60min。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

1、本发明在LED芯片的ITO透明导电层同时制备纳米尺寸和微米尺寸的微结构，相比单独制备纳米尺寸结构或者单独制备微米尺寸结构的芯片，具有更高的光输出功率。

2、本发明完全基于LED生产线的现有成熟工艺和原材料，无需增加额外设备和原材料。 

3、本发明使用普通紫外光刻工艺和两步湿法腐蚀工艺，成本低廉。 

附图说明

图1为 ITO未粗化的基片示意图。 

图2 为ITO无掩模湿法腐蚀实现纳米尺寸粗化后的基片示意图。 

图3 为使用正性光刻胶做光刻，ITO有掩模湿法腐蚀实现微米尺寸粗化后的基片示意图。 

图4 为使用负性光刻胶做光刻，ITO有掩模湿法腐蚀实现微米尺寸粗化后的基片示意图。 

图5 为GaN基LED芯片的输入电流-输出光功率曲线。