[發明專利]一種ITO結構的LED芯片結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201410535949.1
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104300053B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 王智勇;楊翠柏;張楊;楊光輝
• 申請（專利權）人: 華芯半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明涉及一種ITO結構的LED芯片結構及其制備方法，屬半導體外延和芯片技術領域。

背景技術

隨著現代工業的發展，全球能源危機和大氣污染問題日益突出。LED具有高光效、低電耗、長壽命、高安全性、高環保等優勢，是一種理想的照明方式，越來越多國家的重視。

白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24流明/瓦，熒光燈50～70流明/瓦，鈉燈90～140流明/瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經改良后將達到達50～200流明/瓦，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發出有色可見光LED單管功率0.03～0.06瓦，采用直流驅動，單管驅動電壓1.5～3.5伏，電流15～18毫安，反應速度快，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一。LED燈體積小、重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊和震動，不易破碎。平均壽命達10萬小時，可以大大降低燈具的維護費用。發熱量低，無熱輻射，冷光源，可以安全觸摸，能精確控制光型及發光角度，光色柔和，無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質。內置微處理系統可以控制發光強度，調整發光方式，實現光與藝術結合。同時，LED為全固體發光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開發成輕便薄短小型照明產品，也便于安裝和維護。

開展LED相關研究、發展照明產業對國家能源的可持續發展具有非常重要的意義。目前，LED照明面臨的主要問題為電光轉換效率不夠高，還有較大提升空間，可靠性較差的問題，尚不能滿足大規模民用的需求。P-GaN層起形成PN結和電流擴展的作用，優化P-GaN層結構與工藝是提高LED發光效率和均勻性的重要技術方向之一。目前，大多采用交叉電極等方法減小電流橫向電阻，導致電流擴展困難所導致的橫向發光效率不均勻。但是，不透明的金屬電極會反射和吸收出射光線，從而降低LED有效出光面積，進而降低亮度。為了減少電極對出射光的吸收和反射，萃取更多的光能，透明電極的相關研究成為LED芯片技術領域熱點之一。

ITO膜層的主要成份是氧化銦錫，其禁帶寬度為3.5-4.3eV，在可見光范圍的光透過率大于85％，電阻率小于10^-3Ω·cm。采用ITOP型層，可以避免金屬電極對光的反射和吸收，從而增大出光區域面積，提高LED芯片的亮度。同時，ITO制備方法成熟，且具備商業生產標準，現已廣泛地應用于平板顯示器件、太陽能電池、特殊功能窗口涂層及其他光電器件領域，是目前LCD、PDP、OLED、觸摸屏等各類平板顯示器件唯一的透明導電電極材料。ITO具有高度的穩定性，可以廣泛應用于各種使用環境。耐堿為浸入60℃、濃度為10％氫氧化鈉溶液中5分鐘后，ITO層方塊電阻變化值不超過10％。耐酸為浸入250C、濃度為6％鹽酸溶液中5分鐘后，ITO層方塊電阻變化值不超過10％。耐溶劑為在250C、丙酮、無水乙醇或100份去離子水加3分EC101配制成的清洗液中5分鐘后，ITO層方塊電阻變化值不超過10％。附著力：在膠帶貼附在膜層表面并迅速撕下，膜層無損傷；或連撕三次后，ITO層方塊電阻變化值不超過10％。熱穩定性：在300℃的空氣中，加熱30分鐘后，ITO導電膜方塊電阻值應不大于原方塊電阻的300％。較低的電阻率(約為10^-4Ω·cm)可見光透過率可達85％以上。它的高透光性和良好的導電性，以及高穩定性非常適合作為更加適合作為LED芯片的透明導電層。

發明內容

本發明利用ITO材料的高電導率和高透光性，可以有效的緩解目前LED芯片存在的金屬電極遮擋面積占芯片有效出光面積較大，P-GaN橫向擴展困難等問題。

本發明采用的技術方案為，一種ITO結構的LED，其包括有襯底1、成核層2、非摻雜GaN層3、N型摻雜GaN層4、InGaN/GaN多量子阱結構5、P型摻雜ITO層6、P電極7、N電極8；其中，所述襯底1、成核層2、非摻雜GaN層3、N型摻雜GaN層4、InGaN/GaN多量子阱結構5、P型摻雜ITO層6、P電極7從下至上依次層疊設置；所述P電極7對應設置在P型摻雜ITO層6上；對所述外延片進行刻蝕，在N型摻雜GaN層4上制作N電極8。

外延生長多量子阱結構后，終止生長，采用P型ITO代替傳統的P型GaN外延層。

所述襯底1可為藍寶石、Si和SiC等。

所述成核層2可為低溫GaN層、高溫GaN、高溫AlN層及其組成的多晶格結構層。