[发明专利]基于3D打印制备LED器件电极的方法

说明书

本发明属于光电子器件领域，具体为一种基于3D打印制备LED器件电极的方法。本发明将MOCVD或MBE生长的至少具有缓冲层、N型层、多周期的量子阱有源层及P型层的外延片作为基底材料，采用3D打印在P型层台面上打印ITO导电层、然后刻蚀出N型层的台面、再打印N型电极及P型电极层。基于3D打印形成LED器件电极结构，不仅能够减少电极制备过程中的光刻及刻蚀工艺步骤，缩短生产周期，降低光刻及刻蚀过程可能对外延片造成的污染和损伤几率，还能够降低电极形成过程中高温退火过程对量子阱有源区界面结构的破坏，从而提高LED器件的发光效率。

技术领域

本发明属于光电子器件领域，具体为一种基于3D打印制备LED器件电极的方法。

背景技术

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）具有高亮度、低能耗、长寿命、响应速度快及环保等特点，广泛地应用于室内及路灯照明、交通信号以及户外显示、汽车车灯照明、液晶背光源等多个领域。

LED器件芯片大都是采用金属有机物气相沉积法或分子束外延法在蓝宝石衬底上先生长外延片，然后沉积氧化铟锡（ITO）透明导电层，刻蚀出N型层台面，形成N型电极，最后形成P型电极。其中，外延片结构主要包括缓冲层、N型层、多周期的量子阱有源层和P型层。ITO透明导电膜要有良好的导电特性、透明性和可靠度。常见的P型电极材料为金属Ni/Au，N型电极材料为金属Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pt/Au。为了形成良好的欧姆接触，要对电极材料进行退火处理使其形成合金，即在高温下，外延片表面蒸镀的金属层产生合金化或固相再生，从而形成欧姆接触。接触电阻大会增加器件工作电压，影响流明效率，还会升高LED结温，影响器件的内量子效率和稳定性，缩短使用寿命。目前ITO和电极制备的主要方法包括真空蒸发，电子束蒸发和磁控溅射法。这些方法对制备条件的要求都较高。不只如此，电极形成工艺不仅复杂，需要更换多套掩膜板，多次光刻，多次湿法和干法刻蚀过程，如图1所示，还容易对外延片造成离子损伤及光刻胶污染。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷，提供一种基于3D打印制备LED器件电极的方法，且该方法简单，生产周期短。

本发明是采用如下的技术方案实现的：基于3D打印制备LED器件电极的方法，包括以下步骤：

步骤一：编写3D ITO打印头、3D N型电极打印头、3D P型电极打印头的运动路径程序，以满足结构设计需求为准；

步骤二：将具有LED有源结构的外延片清洁好后作为基板放入3D打印机中，利用单个或阵列式3D ITO打印头在基板P型层上打印ITO薄膜；

步骤三：采用单个或阵列式3D ITO打印头在ITO薄膜上打印图形化的ITO薄膜，以实现ITO薄膜的粗糙化；

步骤四：在上述基板ITO薄膜上涂覆光刻胶，并利用光刻机进行曝光，显影，并以光刻胶为掩膜干法刻蚀出N型层台面，最后清洗掉残留的光刻胶；

步骤五：在已经刻蚀出N型层台面的基片上，利用单个或阵列式3DP型电极打印头在ITO薄膜上打印P型电极材料；

步骤六：在已经打印好P型电极材料的基片上，利用单个或阵列式3DN型电极打印头在N型层台面上打印N型电极材料，得到LED器件电极。

上述的基于3D打印制备LED器件电极的方法，所述步骤二和步骤三中，3D ITO打印头采用氧化铟锡粉末作为墨水，墨水从氧化铟锡粉腔中流出后，用波长大于1064nm的激光照射氧化铟锡粉末，使其迅速溶化后固化成型，最后将没有固化的多余粉末去除，得到ITO薄膜。

上述的基于3D打印制备LED器件电极的方法，所述步骤二中，ITO薄膜厚度为500nm~3500nm。