一种具有衬套的坩埚及其在制作红光led芯片中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体发光器件的生产技术领域，特别是涉及真空电子束蒸发设备的制作技术和ΙΤ0蒸镀制作红光LED芯片的制作方法。
【背景技术】
[0002]随着LED的应用越来越广泛，如何提高LED的发光效率成为关注的焦点。提高LED发光效率的两个基本出发点是提高其内量子效率和外量子效率。由于工艺和技术的成熟，当前商业化LED的内量子效率已经接近100%，但外量子效率仅有3?30%。外量子效率大小等于内量子效率与光的逃逸率之积。影响光的逃逸率低的因素有:晶格缺陷对光的吸收；衬底对光的吸收；电极对光的遮挡；光在出射过程中，在各个界面由于全反射造成的损失。铟锡氧化物ITO (In203:Sn02=95:5，质量分数)薄膜具有以下优点:在可见光谱区内透过率大于90%;低的电阻率(小于5Χ104Ω /cm) ο因此，ITO薄膜作为增透膜和电流扩展层在光电子器件中被广泛的应用。
[0003]目前大规模用于工业化生产的ΙΤ0设备为真空电子束蒸发设备。该设备的工作原理是在真空条件下利用电子束进行直接加热ΙΤ0靶材，当ΙΤ0靶材被加热到蒸发温度时，ΙΤ0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，通过成膜过程(依次经散点、岛状结构、迷走结构、层状生长)形成薄膜。在电子束加热装置中，被加热的物质放置于水冷的坩祸祸体中，可避免蒸发材料与祸体壁发生反应影响薄膜的质量。因此，电子束蒸发沉积法可以制备高纯薄膜，同时在同一蒸发沉积装置中可以安置多个坩祸祸体，实现同时或分别蒸发，沉积多种不同的物质。通过电子束蒸发，任何材料都可以被蒸发。
[0004]坩祸又称为结晶器，是真空电弧熔炼的核心部位。金属在这里熔化、过热、精炼和结晶成锭。在这里进行着大量的热交换，坩祸壁的换热强度能够达到几万至几百万w/m2。
[0005]坩祸祸体设计的要点主要集中在以下几点:
(1)祸体要用导热性好导电性也好的且不易被熔化金属粘结的材料制造；
(2)祸体的内表面应该平整光滑，断面形状一致，无严重麻坑，以便于脱锭；
(3)祸体要有足够的刚度和强度，在熔炼情况下，足以支承最大铸锭质量，且受到电极短路碰撞时不致损害；
(4)祸体壁厚度在强度允许的条件下应尽量薄些；
(5)祸体的结构应当允许坩祸的热膨胀变形；
(6)直径小于150mm的祸体往往带有一定锥度，因为祸体需要脱锭；
(7)祸体要进行充分而适当的冷却；
(8)便于装卸、清理和维修。
[0006]在坩祸祸体中使用衬套具有以下作用:
(1)受热、冷却均匀；
(2)方便更换靶材、便于取下清洁； (3)防止个别金属源与无氧铜坩祸反应；
(4)蒸镀部分高沸点金属(M0);
(5)残余蒸发源回收方便。
[0007]但使用目前常规的具有衬套的坩祸是在坩祸祸体内设置由底座和侧壁组成的衬套，衬套的底座与祸体底座之间、衬套的侧壁与祸体内表面之间无间隙紧贴。在ΙΤ0蒸镀时，镀率波动较大，远远超出±0.1A/S的要求，影响ΙΤ0颗粒的均匀性及ΙΤ0镀膜质量，最终影响发光器件的光电参数。
【发明内容】
[0008]为了解决上述问题，本发明第一目的是提供一种能改善ΙΤ0镀膜质量的具有衬套的坩祸。
[0009]本发明在祸体内设置由底座和侧壁组成的衬套，其特征在于在衬套的底座的外表面开设与底座同心的圆柱体凹槽，衬套的侧壁与祸体内表面之间设置间距。
[0010]本发明通过以上技术改造，减小了衬套与祸体的接触面积，使源团的热量不容易散失，蒸镀所需的功率降低，镀率的均匀性得到改善，波动减小。最终ΙΤ0薄膜的镀膜致密性更好，质量得到提高，做成LED芯片的电压更低、亮度更高。此方法简单易行，成本低，便于生产使用。
[0011]进一步地，本发明所述间距为0.1?10mm。为了使衬套与祸体隔离，上述间距不得小于0.1_。同时为了保证衬套的牢固性和安全性，防止衬套在祸体中移位，以及电子束穿透衬套，上述间距不得超过lOmmo
[0012]本发明的另一目的是提出以上具有衬套的坩祸在制作红光LED芯片中的应用。
[0013]以ΙΤ0为蒸发材料进行真空电子束蒸镀时，蒸镀温度为280?320°C，镀率为
0.5?2埃/秒，氧流量为5?20标准毫升/分钟，薄膜厚度为200?350纳米。
[0014]在真空电子束蒸镀机中，使用本发明具有衬套的坩祸进行ΙΤ0蒸镀，由于衬套与祸体的接触面积减小，源团的热量不容易散失，蒸镀所需的功率降低，镀率的波动减小，均匀性得到改善，蒸发出的ΙΤ0颗粒大小一致，ΙΤ0薄膜致密，镀膜质量得到提高，导致薄膜的光电性能得到改善，最终做成LED芯片的亮度提高。使用改进后的具有衬套的坩祸蒸镀ΙΤ0薄膜，并做出LED芯片，工作电压为2.04V，光强为126.6mcd0使用正常的坩祸衬套蒸镀ΙΤ0薄膜，做成LED芯片的工作电压为2.07V，光强为123.7mcd。对具有衬套的坩祸改进后，ΙΤ0薄膜的镀膜质量得到改善，做成LED芯片的工作电压减小0.03V，亮度提高2.9mcd。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的一种结构示意图。
[0016]图2为采用本发明坩祸与常规坩祸进行ΙΤ0蒸镀的镀率对比图。
[0017]图3为采用本发明坩祸与常规坩祸进行ΙΤ0蒸镀的功率对比图。
[0018]图4为采用本发明坩祸与常规坩祸进行ΙΤ0蒸镀后做成LED芯片的工作电压对比图。
[0019]图5为采用本发明坩祸与常规坩祸蒸镀ΙΤ0薄膜后做成LED芯片的亮度对比图。
【具体实施方式】
[0020]一、具有衬套的坩祸的结构:
如图1所示，在祸体1内设置由底座2-1和侧壁2-2组成的衬套2，在底座2-1的外表面开设与底座2-1同心的圆柱体凹槽2-3，衬套2的侧壁2-2与祸体1内表面之间设置0.1?10mm的间距h，本例为8mm。
[0021]二、ITO蒸镀应用:
1、清洗待ΙΤ0蒸镀的外延片，放进烤箱烘烤。
[0022]2、真空电子束蒸镀机破真空，清洁腔体，使用底部和侧壁与祸体部分隔离的改进后的坩祸衬套，放入新的ΙΤ0源，并把烘烤后的外延片放进镀锅。
[0023]3、选择蒸镀程序，输入对应的锅次日期，点击开始。ΙΤ0蒸镀分以下阶段:
1)粗抽:PiGll 达到 3.40E-01Pa。
[0024]2)主抽:在完成步骤1)的前提下，进行主抽。且IG11达到1.00E_03Pa。
[0025]3)加热:使用蒸镀机腔体内的加热灯加热，温度由室温升至280-320°C。
[0026]4)持温:温度达到设定温度后，持续设定时间(10_40min)，保证腔体环境干燥。
[0027]5)升功率、预熔:打开电子枪，通入设定流量的氧气(5-20标准毫升/分钟)，升功率分两个阶段。第一阶段RISE1，功率由0升至设定功率的一半(3-5%)，并预熔(S0AK1)5min ;第二阶段RISE2，功率由设定功率的一半升至设定功率(6_10%)，并预熔(S0AK2)lmin0
[0028]6)升镀率:在完成步骤5)的基础上，打开挡板，进行RATE RAMP，在固定时间内(5-30S)，镀率由0升至设定镀率RATE1 (0.5-2A/S)。
[0029]7)镀膜:在恒定的温度下，持续通入固定流量的氧气，以RATE1蒸镀至设定膜厚200-350 纳米。
[0030]8)缓冲(FEED):关闭挡板，继续打开电子枪、通气氧气，持续5-60S。
[0031]9)停止(RESET):关闭电子枪，停止通入氧气，自然冷却腔体温度。
[0032]10)下片:当温度冷却至安全温度(60_100°C)，破真空，下片。
[0033]再经过一系列的电极制作及刀片切割，完成LED发光器件的制作。
[0034]三、效果对比:
图2为采用本发明坩祸与常规坩祸进行ΙΤ0蒸镀的镀率对比图。纵坐标单位为:埃/秒，横坐标单位为:秒；其中，A对应于本发明坩祸镀率曲线，B对应于常规坩祸镀率曲线。
[0035]由图2可见:除去起始阶段挡板打开、升镀率阶段，镀率波动范围由常规坩祸时的
0.4-1.2埃/秒改善为使用本发明坩祸时的0.6-0.9埃/秒，镀率均匀性(镀率落在设定镀率0.8埃/秒±0.1埃/秒范围内)由常规坩祸时的72.24%提高到使用本发明坩祸时的98.26%ο
[0036]图3为采用本发明坩祸与常规坩祸进行ΙΤ0蒸镀的功率对比图；纵坐标单位为:％，横坐标单位为:秒；其中，C对应于本发明坩祸功率曲线，D对应于常规坩祸功率曲线。
[0037]由图3可见:在ΙΤ0蒸镀过程中，所需要的功率范围由常规坩祸时的6%_7.6%减小为5.9-7.1%，平均功率降低2.5%ο
[0038]图4为采用本发明坩祸与常规坩祸进行ΙΤ0蒸镀后做成LED芯片的工作电压对比图；纵坐标单位为:伏特，横坐标单位为:个；其中，E对应于本发明坩祸蒸镀的ΙΤ0薄膜做成芯片的工作电压，F对应于常规坩祸蒸镀的ITO薄膜做成芯片的工作电压。
[0039]由图4可见:ΙΤ0薄膜做成芯片的工作电压对比，本发明坩祸对应芯片的工作电压范围是2.03-2.05伏特，相同条件下常规坩祸对应芯片的工作电压范围是2.04-2.08伏特，平均工作电压降低了 0.03伏特。
[0040]图5为采用本发明坩祸与常规坩祸蒸镀ΙΤ0薄膜后做成LED芯片的亮度对比图。纵坐标单位为:毫坎德拉，横坐标单位为:个；其中，G对应于本发明坩祸蒸镀的ΙΤ0薄膜做成芯片的亮度，Η对应于常规坩祸蒸镀的ΙΤ0薄膜做成芯片的亮度。
[0041]由图5可见:ΙΤ0薄膜做成芯片的亮度对比，本发明坩祸对应芯片的亮度范围是112.2-138.6毫坎德拉，相同条件下常规坩祸对应芯片的亮度范围是109.8-135.9毫坎德拉，平均亮度提高了 2.93mcd0
【主权项】
1.一种具有衬套的坩祸，包括祸体，在祸体内设置由底座和侧壁组成的衬套，其特征在于在衬套的底座的外表面开设与底座同心的圆柱体凹槽，衬套的侧壁与祸体内表面之间设置间距。2.根据权利要求1所述具有衬套的坩祸，其特征在于所述间距为0.1?10mm。3.如权利要求1所述具有衬套的坩祸在制作红光LED芯片中的应用，以ITO为蒸发材料进行真空电子束蒸镀时，蒸镀温度为280?320°C，镀率为0.5?2埃/秒，氧流量为5?20标准毫升/分钟，薄膜厚度为200?350纳米。
【专利摘要】一种具有衬套的坩埚及其在制作红光LED芯片中的应用，属于半导体发光器件的生产技术领域，本发明在埚体内设置由底座和侧壁组成的衬套，在衬套的底座的外表面开设与底座同心的圆柱体凹槽，衬套的侧壁与埚体内表面之间设置间距。在制作红光LED芯片时，以ITO为蒸发材料进行真空电子束蒸镀时，蒸镀温度为280～320℃，镀率为0.5～2埃/秒，氧流量为5～20标准毫升/分钟，薄膜厚度为200～350纳米。本发明减小了衬套与埚体的接触面积，使源团的热量不容易散失，蒸镀所需的功率降低，镀率波动减小。镀膜致密，LED芯片的电压更低、亮度更高。
【IPC分类】H01L21/673, C23C14/30, H01L33/00
【公开号】CN105355582
【申请号】CN201510877709
【发明人】何胜, 李波, 杨凯, 徐洲, 张永, 张双翔
【申请人】扬州乾照光电有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月4日