[发明专利]一种ITO结构的LED芯片结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ITO结构的LED芯片结构及其制备方法，属半导体外延和芯片技术领域。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出。LED具有高光效、低电耗、长寿命、高安全性、高环保等优势，是一种理想的照明方式，越来越多国家的重视。

白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦，荧光灯50～70流明/瓦，钠灯90～140流明/瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50～200流明/瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光LED单管功率0.03～0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5～3.5伏，电流15～18毫安，反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一。LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时，可以大大降低灯具的维护费用。发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全触摸，能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。同时，LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。

开展LED相关研究、发展照明产业对国家能源的可持续发展具有非常重要的意义。目前，LED照明面临的主要问题为电光转换效率不够高，还有较大提升空间，可靠性较差的问题，尚不能满足大规模民用的需求。P-GaN层起形成PN结和电流扩展的作用，优化P-GaN层结构与工艺是提高LED发光效率和均匀性的重要技术方向之一。目前，大多采用交叉电极等方法减小电流横向电阻，导致电流扩展困难所导致的横向发光效率不均匀。但是，不透明的金属电极会反射和吸收出射光线，从而降低LED有效出光面积，进而降低亮度。为了减少电极对出射光的吸收和反射，萃取更多的光能，透明电极的相关研究成为LED芯片技术领域热点之一。

ITO膜层的主要成份是氧化铟锡，其禁带宽度为3.5-4.3eV，在可见光范围的光透过率大于85％，电阻率小于10^-3Ω·cm。采用ITOP型层，可以避免金属电极对光的反射和吸收，从而增大出光区域面积，提高LED芯片的亮度。同时，ITO制备方法成熟，且具备商业生产标准，现已广泛地应用于平板显示器件、太阳能电池、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域，是目前LCD、PDP、OLED、触摸屏等各类平板显示器件唯一的透明导电电极材料。ITO具有高度的稳定性，可以广泛应用于各种使用环境。耐碱为浸入60℃、浓度为10％氢氧化钠溶液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10％。耐酸为浸入250C、浓度为6％盐酸溶液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10％。耐溶剂为在250C、丙酮、无水乙醇或100份去离子水加3分EC101配制成的清洗液中5分钟后，ITO层方块电阻变化值不超过10％。附着力：在胶带贴附在膜层表面并迅速撕下，膜层无损伤；或连撕三次后，ITO层方块电阻变化值不超过10％。热稳定性：在300℃的空气中，加热30分钟后，ITO导电膜方块电阻值应不大于原方块电阻的300％。较低的电阻率(约为10^-4Ω·cm)可见光透过率可达85％以上。它的高透光性和良好的导电性，以及高稳定性非常适合作为更加适合作为LED芯片的透明导电层。

发明内容

本发明利用ITO材料的高电导率和高透光性，可以有效的缓解目前LED芯片存在的金属电极遮挡面积占芯片有效出光面积较大，P-GaN横向扩展困难等问题。

本发明采用的技术方案为，一种ITO结构的LED，其包括有衬底1、成核层2、非掺杂GaN层3、N型掺杂GaN层4、InGaN/GaN多量子阱结构5、P型掺杂ITO层6、P电极7、N电极8；其中，所述衬底1、成核层2、非掺杂GaN层3、N型掺杂GaN层4、InGaN/GaN多量子阱结构5、P型掺杂ITO层6、P电极7从下至上依次层叠设置；所述P电极7对应设置在P型掺杂ITO层6上；对所述外延片进行刻蚀，在N型掺杂GaN层4上制作N电极8。

外延生长多量子阱结构后，终止生长，采用P型ITO代替传统的P型GaN外延层。

所述衬底1可为蓝宝石、Si和SiC等。

所述成核层2可为低温GaN层、高温GaN、高温AlN层及其组成的多晶格结构层。