Ito薄膜的制备方法及采用该ito薄膜的led芯片的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种ITO薄膜的制备方法，至少包括以下步骤：S1：提供一衬底，将所述衬底放置于磁控溅射设备腔体内，并通入氩气，然后利用射频电源使氩气起辉并产生氩等离子体；S2：再施加直流电源，在所述衬底表面形成一ITO保护层；S3：关掉所述射频电源；在所述磁控溅射设备腔体内通入预设流量的辅助气体，在所述ITO保护层上形成至少一层折射率小于所述ITO保护层折射率的ITO薄膜层；所述ITO保护层及其上所有的ITO薄膜层共同形成折射率渐变的ITO薄膜。使用该ITO薄膜的LED芯片中，光在各介质膜层的逸出角较大，既使量子阱发出光能够尽可能多的逸出到ITO膜层，又能使得ITO膜层中的光尽可能的逸出到封装胶外，从而提升了发光二极管的外量子发光效率，提升器件的亮度。
【专利说明】ITO薄膜的制备方法及采用该ITO薄膜的LED芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体发光器件领域，涉及一种ITO薄膜的制备方法及采用该ITO薄膜的LED芯片的制作方法。
【背景技术】
[0002]目前GaN基发光二极管中均使用电流扩展层，起到扩散注入电流提高亮度的作用，制备方法一般是使用真空电子束蒸发的方法制备ΙΤ0，靶材是成分为In2O3:Sn02=90:10(质量分数)的陶瓷靶，在制备过程中由于真空电子束蒸发设备本身的局限性，通入的O2含量是确定的，从而制备出的ITO膜层性质基本确定，包括ITO膜层的折射率也维持在较小的范围内。
[0003]为尽可能地提高GaN基发光二极管(LED)的外出光效率，维持从GaN-1TO-S12-空气各介质层的折射率渐变是一种较好的方式，因为光在量子阱内发出后必须通过ITO膜层的透过和折射才能逸出到外界，所以ITO的折射率就显得尤为重要，当ITO折射率与GaN折射率相差较小时，量子阱发出的光在ITO介质层的全反射角较大，能够逸出的光也越多，夕卜量子效率得到提高。
[0004]从上述知，ITO折射率越接近GaN的折射率(约为2.5)越有利于量子阱发出的光逸出ITO层，但GaN基发光二极管只有经过封装成灯具才能获得使用价值，而在封装时为获保护芯片和得到较高的亮度会在管芯最外层添加硅胶等封装胶，其折射率一般在1.5左右，若ITO的折射率与封装胶的折射率相差较大的话，逸出到ITO膜层的会因为全反射的原因会造成部分的损失。
[0005]目前大规模用于工业化生产ITO设备为真空电子束蒸发设备，该设备的工作原理为在高真空下通过高压电子枪对ITO靶材进行加热，当ITO靶材被加热到蒸发温度时ITO靶材离子会脱离靶材表面逸出到腔体环境中，靶材离子通过自身的热运动沉积到晶片表面，通过控制沉积速率和沉积时间来获得不同厚度的ITO膜层，在制备过程中一般会通入部分的O2，来获得较为理想的ITO面电阻和透光率；通过该种方法制备出的ITO的折射率一般在1.85左右。
[0006]目前采用单一折射率ITO薄膜的发光二极管，由于半导体层与封装材料折射率相差悬殊，ITO薄膜的折射率难以在二者之间权衡，导致发光二极管的出光效率不高。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种ITO薄膜的制备方法及采用该ITO薄膜的LED芯片的制作方法，用于解决现有技术中LED芯片出光率不高的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种ITO薄膜的制备方法，至少包括以下步骤:
[0009]S1:提供一衬底，将所述衬底放置于磁控溅射设备腔体内，并通入氩气，然后利用射频电源使氩气起辉并产生氩等离子体；
[0010]S2:再施加直流电源，在所述衬底表面形成一 ITO保护层；
[0011]S3:关掉所述射频电源；在所述磁控溅射设备腔体内通入预设流量的辅助气体，在所述ITO保护层上形成至少一层折射率小于所述ITO保护层折射率的ITO薄膜层；所述ITO保护层及其上所有的ITO薄膜层共同形成折射率渐变的ITO薄膜。
[0012]可选地，于所述步骤S3中，在所述ITO保护层上形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层。
[0013]可选地，形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层的方法为:依次在所述腔体内通入不同流量的辅助气体，以在所述ITO保护层上依次形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层。
[0014]可选地，所述ITO保护层的厚度范围是50?200埃。
[0015]可选地，所述ITO保护层上包括3?10层ITO薄膜层。
[0016]可选地，于所述步骤S3中，所述辅助气体包括02、N2O或N2中的至少一种，所述辅助气体的流量范围是O?5SCCm。
[0017]可选地，于所述步骤S3中，所述ITO薄膜层的折射率范围是1.7?2.2。
[0018]可选地，于所述步骤S3中，所述折射率渐变的ITO薄膜的整体折射率范围是1.9 ?2.0。
[0019]可选地，形成每一层所述ITO薄膜层的时间范围是20?500s。
[0020]本发明还提供一种LED芯片的制造方法，所述LED芯片的制造方法至少包括以下步骤:
[0021]I)提供一基板，所述基板自下而上依次包括基底、N型半导体层、发光层及P型半导体层；
[0022]2)对所述基板进行部分刻蚀，在所述基板中形成一凹陷区域，所述凹陷区域底部到达所述N型半导体层中；
[0023]3)采用上述ITO薄膜的制备方法在所述P型半导体层上形成折射率渐变的ITO薄膜；
[0024]4)在所述折射率渐变的ITO薄膜上部分区域形成P电极，在所述凹陷区域的N型半导体层上部分区域形成N电极，最后进行封装。
[0025]如上所述，本发明的ITO薄膜的制备方法及采用该ITO薄膜的LED芯片的制作方法，具有以下有益效果:本发明的ITO薄膜的制备方法通过结合射频电源和直流电源并改变腔体内的辅助气体的流量，从而制备得到折射率渐变的ITO薄膜，使用该ITO薄膜的LED芯片中，光在各介质膜层的逸出角较大，既使得量子阱发出光能够尽可能多的逸出到ITO膜层，又能使得ITO膜层中的光尽可能的逸出到封装胶外，从而提升了发光二极管的外量子发光效率，提升器件的亮度，且本发明的方法易在工业化生产中得到应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1显示为本发明的ITO薄膜的制备方法的工艺流程图。
[0027]图2显示为本发明的ITO薄膜的制备方法在衬底上制备得到折射率渐变的ITO薄膜的结构示意图。
[0028]图3显示为本发明的LED芯片的制作方法中基板的结构示意图。
[0029]图4显示为本发明的LED芯片的制作方法中在基板中形成凹蚀区域的示意图。
[0030]图5显示为本发明的LED芯片的制作方法中在P型半导体层上形成折射率渐变的ITO薄膜的示意图。
[0031]图6显示为本发明的LED芯片的制作方法中形成P电极及N电极的示意图。
[0032]元件标号说明
[0033]SI ?S3步骤
[0034]I衬底
[0035]2ITO 保护层
[0036]3?7ITO薄膜层
[0037]8折射率渐变的ITO薄膜
[0038]9基底
[0039]10N型半导体层
[0040]11发光层
[0041]12P型半导体层
[0042]13凹陷区域
[0043]14P 电极
[0044]15N 电极
【具体实施方式】
[0045]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0046]请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0047]实施例1
[0048]本发明提供一种ITO薄膜的制备方法，请参阅图1，显示为本发明的ITO薄膜的制备方法的工艺流程图，该方法至少包括以下步骤:
[0049]步骤S1:提供一衬底，将所述衬底放置于磁控溅射设备腔体内，并通入氩气，然后利用射频电源使氩气起辉并产生氩等离子体。
[0050]具体的，所述腔体内的气压范围是10E-7?10E-8Torr，本实施例中优选为lOE-STorr。所述腔体上方放置有ITO靶材，射频电源位于所述腔体下方。
[0051]步骤S2:再施加直流电源，在所述衬底表面形成一 ITO保护层。
[0052]具体的，所述直流电源也位于所述腔体下方，所述直流电源也使氩气电离从而产生氩等离子体，并使氩等离子体加速轰击ITO靶材，使ITO靶材离子移出靶材表面，沉积到所述衬底表面，在所述衬底上形成ITO保护层。
[0053]需要指出的是，直流电源也能使氩气起辉并产生氩等离子体，但其产生的氩等离子体获得的能量较高，容易将GaN等衬底材料打坏，本发明中，射频电源的作用是减弱氩等离子体的能量，使得衬底材料不被破坏。
[0054]具体的，所述ITO保护层的厚度范围是50?200埃。所述ITO保护层的存在可以保护衬底不被后续过程中的产生的离子损坏。
[0055]步骤S3:关掉所述射频电源；在所述磁控溅射设备腔体内通入预设流量的辅助气体，在所述ITO保护层上形成至少一层折射率小于所述ITO保护层折射率的ITO薄膜层；所述ITO保护层及其上所有的ITO薄膜层共同形成折射率渐变的ITO薄膜。
[0056]关掉所述射频电源，仅在直流电源的作用下沉积ITO薄膜层，得到的ITO薄膜层均匀性更好、致密性更高，且因为所述ITO保护层的存在，衬底将不受影响。
[0057]具体的，所述ITO薄膜层的折射率范围是1.7?2.2，可以在所述ITO保护层上形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层，优选为3?10层。形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层的方法为:依次在所述腔体内通入至少两种不同流量的辅助气体，以在所述ITO保护层上依次形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层。
[0058]具体的，所述辅助气体包括02、队0或队中的至少一种，所述辅助气体的流量范围是O?5SCCm，形成每一层所述ITO薄膜层的时间范围是20?500s。本实施例中所述ITO保护层上的ITO薄膜层的层数以5层为例进行说明，其制备方法如下:关掉所述射频电源后，在沉积过程中依次通入不同流量的辅助气体，辅助气体的流量通过微功能电路(MFC)准确控制，根据沉积时间在所述ITO保护层上依次沉积出不同厚度的折射率由高到低的ITO薄膜层，其中，相邻两层ITO薄膜层在沉积时，辅助气体流量的变化幅度范围是0.1?lsccm。请参阅图2，显示为本发明的ITO薄膜的制备方法在衬底上制备得到折射率渐变的ITO薄膜的结构示意图，如图所示，ITO保护层2形成于衬底I上，所述ITO保护层2上自下而上依次形成有ITO薄膜层3、ITO薄膜层4、ITO薄膜层5、ITO薄膜层6及ITO薄膜层7，所述ITO保护层2及其上的ITO薄膜层3?7共同形成折射率渐变的ITO薄膜8。
[0059]具体的，本实施例中按以上条件制备出的ITO薄膜层3、ITO薄膜层4、ITO薄膜层5、ITO薄膜层6及ITO薄膜层7的折射率分别为2.1,2.0、1.9、1.8及1.7，所述ITO保护层的折射率为2.2左右，由以上各层组合而成的所述折射率渐变的ITO薄膜8的整体折射率表现为1.9?2.0。
[0060]在其它实施例中，也可以通过增加或减少辅助气体流量的变化个数来形成不同层数的折射率渐变的ITO薄膜。需要指出的是，辅助气体流量受腔体大小的影响，对于不同的腔体，相同辅助气体流量的值可以对应不同的折射率；另外，对于同一腔体，辅助气体流量与折射率的关系也不一定呈线性关系，通常情况下，呈现类抛物线型，对于一定区段，制备出来的ITO薄膜层的折射率随着辅助气体流量的增加而增加；在另一区段，制备出来的ITO薄膜层的折射率随着辅助气体流量的增加而降低；而在第三区段，制备出来的ITO薄膜层的折射率先随着辅助气体流量的升高而升高，随后又随着辅助气体流量的升高而降低。
[0061]本发明的ITO薄膜的制备方法通过结合射频电源和直流电源并改变腔体内的辅助气体的流量，从而制备得到折射率渐变的ITO薄膜，其折射率由下至上逐步降低，能同时提高光的入射率及出射率。
[0062]实施例2
[0063]本发明还提供一种LED芯片的制造方法，所述LED芯片的制造方法至少包括以下步骤:
[0064]步骤1)，请参阅图3，提供一基板，所述基板自下而上依次包括基底9、N型半导体层10、发光层11及P型半导体层12。
[0065]具体的，所述基底9可以是蓝宝石衬底，也可以是其它半导体衬底，例如硅衬底或SOI。所述N型半导体层10为N-GaN层，所述发光层11为多重量子阱，其材料可为In掺杂的GaN，所述P型半导体层12为P-GaN层。
[0066]步骤2)，请参阅图4，对所述基板进行部分刻蚀，在所述基板中形成一凹陷区域13，所述凹陷区域13底部到达所述N型半导体层10中。
[0067]具体的，采用常规的MESA (平台)刻蚀在所述基板中形成所述凹陷区域13，所述N型半导体层10部分被刻蚀掉。
[0068]步骤3)，请参阅图5，采用上述ITO薄膜的制备方法在所述P型半导体层12上形成折射率渐变的ITO薄膜8。
[0069]具体的，所述折射率渐变的ITO薄膜8包括ITO保护层及形成于该ITO保护层上的至少一层ITO薄膜层，优选的，所述ITO保护层上形成有2?10层ITO薄膜层。
[0070]步骤4)，请参阅图6，在所述折射率渐变的ITO薄膜8上部分区域形成P电极14，在所述凹陷区域的N型半导体层10上部分区域形成N电极15，最后进行封装。
[0071]具体的，封装时可以采用硅胶等封装胶，其折射率一般在1.5左右。
[0072]至此，制作得到采用折射率渐变的ITO薄膜的LED芯片，该折射率渐变的ITO薄膜应用于LED芯片中，光在各介质膜层的逸出角较大，既使得量子阱发出光能够尽可能多的逸出到ITO膜层，又能使得ITO膜层中的光尽可能的逸出到封装胶外，从而提升了发光二极管的外量子发光效率，提升器件的亮度。
[0073]综上所述，本发明的ITO薄膜的制备方法通过结合射频电源和直流电源并改变腔体内的氧气流量，从而制备得到折射率渐变的ITO薄膜，使用该ITO薄膜的LED芯片中，光在各介质膜层的逸出角较大，既使得量子阱发出光能够尽可能多的逸出到ITO膜层，又能使得ITO膜层中的光尽可能的逸出到封装胶外，从而提升了发光二极管的外量子发光效率，提升器件的亮度，且本发明的方法易在工业化生产中得到应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0074]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种ITO薄膜的制备方法，其特征在于，所述ITO薄膜的制备方法至少包括以下步骤: S1:提供一衬底，将所述衬底放置于磁控溅射设备腔体内，并通入氩气，然后利用射频电源使氩气起辉并产生氩等离子体； 52:再施加直流电源，在所述衬底表面形成一 ITO保护层； 53:关掉所述射频电源；在所述磁控溅射设备腔体内通入预设流量的辅助气体，在所述ITO保护层上形成至少一层折射率小于所述ITO保护层折射率的ITO薄膜层；所述ITO保护层及其上所有的ITO薄膜层共同形成折射率渐变的ITO薄膜。
2.根据权利要求1所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于:于所述步骤S3中，在所述ITO保护层上形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层。
3.根据权利要求2所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于，形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层的方法为:依次在所述腔体内通入不同流量的辅助气体，以在所述ITO保护层上依次形成折射率由高到低的至少两层ITO薄膜层。
4.根据权利要求1所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于:所述ITO保护层的厚度范围是50?200埃。
5.根据权利要求1或2所述的ITO薄膜的制备方法，其特征在于:所述ITO保护层上包括3?10层ITO薄膜层。
6.根据权利要求1所述的折射率渐变的ITO薄膜的制备方法，其特征在于:于所述步骤S3中，所述辅助气体包括02、N2O或N2中的至少一种，所述辅助气体的流量范围是O?5sccm0
7.根据权利要求1所述的折射率渐变的ITO薄膜的制备方法，其特征在于:于所述步骤S3中，所述ITO薄膜层的折射率范围是1.7?2.2。
8.根据权利要求1所述的折射率渐变的ITO薄膜的制备方法，其特征在于:于所述步骤S3中，所述折射率渐变的ITO薄膜的整体折射率范围是1.9?2.0。
9.根据权利要求1所述的折射率渐变的ITO薄膜的制备方法，其特征在于:形成每一层所述ITO薄膜层的时间范围是20?500s。
10.一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述LED芯片的制造方法至少包括以下步骤: 1)提供一基板，所述基板自下而上依次包括基底、N型半导体层、发光层及P型半导体层； 2)对所述基板进行部分刻蚀，在所述基板中形成一凹陷区域，所述凹陷区域底部到达所述N型半导体层中； 3)采用权利要求1至9中任意一种ITO薄膜的制备方法在所述P型半导体层上形成折射率渐变的ITO薄膜； 4)在所述折射率渐变的ITO薄膜上部分区域形成P电极，在所述凹陷区域的N型半导体层上部分区域形成N电极，最后进行封装。
【文档编号】H01L33/42GK104465933SQ201310430140
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】朱秀山, 郝茂盛, 齐胜利 申请人:上海蓝光科技有限公司