基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片的制作方法

本实用新型涉及正装结构的紫外LED芯片领域，具体涉及基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片。

背景技术：

随着紫外LED的广泛应用，其在光刻，固化，净化等方面展现独有优势。通过在GaN合金体系中加入氮化铝（AlN），AlGaN基LED发射波长几乎可以在整个UVA（400-320nm），UVB（320- 280nm），UVC（280-200nm）光谱范围内调谐。制备更短波长，更高效高功率的紫外LED势在必行。而紫外LED波长越短，则存在越严重的光谱吸收，常在蓝光和绿光LED芯片制备工艺中作为透明电流扩展层的ITO薄膜因吸收带隙问题在紫外芯片的制备中受到一定的限制。因此，在紫外芯片工艺的研究过程中，许多课题组从石墨烯纳米材料，Ga2O3/金属薄膜等诸多方面进行研究以期在紫外频谱波段提高芯片光电特性。通过在石墨烯里面掺杂Au制备的透明电极薄膜用于制备380nmUV LED，使之在20mA注入电流下正向电压5.85V，输出功率有20%的提升，能够实现90 Ω/sq的方块电阻；且其在200-800nm之间的透过率基本在88%水平。Jae-kwan Kim等人提出了Ga2O3/ITO结构的薄膜，在380nm处的透过率为80.94%，方块电阻为58.6Ω/sq。这些材料和结构的研究在导电率和光学透过之间有折中，W.H.Lin等人研究了ITO-Ti-ITO-Ti-ITO模型，在380nm处波长比纯ITO的透过率提升了22%，但这种多层结构的模型一定程度上增加了工艺的难度。JC Dong 等人提出了F-掺杂ITO模型，利用F原子取代In原子形成F-O键，从而获得更高的透过率，在380nm可达到86.9%。在100mA注入电流下电压为3.76V，而光输出功率为5.99mW。因此，为了制备出光电性能更优的紫外LED，紫外透明导电薄膜仍需要大量的深入研究。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本实用新型提供了基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片，可以有效的提高了芯片的光电性能，而基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片具有降低薄膜方块电阻、增大薄膜透光率和工艺简单的优点。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片，包括蓝宝石衬底、GaN缓冲层、n-GaN层、量子陷层、p-AIGaN层、p-GaN层、金属掺杂ITO透明导电薄层、金属电极和钝化保护层，所述蓝宝石衬底与GaN缓冲层接触连接，所述GaN缓冲层与n-GaN层接触连接，所述n-GaN层与量子陷层接触连接，所述量子陷层与p-AIGaN层接触连接，所述p-AIGaN层与p-GaN层接触连接，所述p-GaN层与金属掺杂ITO透明导电薄层接触连接，所述钝化保护层接触覆盖在金属掺杂ITO透明导电薄层和n-GaN层上，所述金属电极包括P电极和N电极，所述所述P电极穿过钝化保护层与金属掺杂ITO透明导电薄层接触连接，所述N电极穿过钝化保护层与n-GaN层接触连接。

进一步地，所述金属掺杂ITO透明导电薄层中包括ITO薄膜和金属薄膜，所述ITO薄膜和金属薄膜通过退火处理键合在一起。

进一步地，所述金属掺杂ITO透明导电薄层中掺杂的金属厚度小于等于5nm，所述掺杂金属的轨道能级大于In原子和Sn原子。

进一步地，所述ITO薄膜的厚度为80～140nm。

进一步地，所述基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片为正装结构。

基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、使用金属氧化物气相沉淀法制备近紫外LED外延片，结构由下至上包括蓝宝石衬底，GaN缓冲层，n-GaN层，量子阱层，p-AlGaN层，p-GaN层；

步骤2、使用紫外光刻和感应耦合等离子体刻蚀隔离沟槽，使外延片形成单独发光单元阵列，隔离沟槽从p-GaN层延伸至n-GaN层中部；

步骤3、使用电子束蒸发或磁控溅射在近紫外LED外延片上沉积透明导电薄膜层，经热退火炉形成欧姆接触，再使用紫外光刻和湿法腐蚀办法去除非p-GaN表面的透明导电薄膜；

步骤4、使用等离子体增强化学气相沉积制备介质钝化层，采用紫外光刻和湿法腐蚀，暴露n电极和p电极区域；

步骤5、采用负胶剥离和电子束蒸发，制备n电极和p电极；

步骤6、利用干净的丙酮和异丙醇超声，通过切割，形成单颗芯片，制备得到所述的基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片。

进一步地，所述隔离沟槽的深度为1.2μm。

与现有技术相比，本实用新型的基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片及其制备方法，可以有效的提高了芯片的光电性能，而基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片具有降低薄膜方块电阻、增大薄膜透光率和工艺简单的优点。

附图说明

图1为本实用新型的基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片的截面示意图。

图2为本实用新型的基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片的透明导电薄膜未退火前的横截面示意图。

图3为本实用新型的基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片的透明导电薄膜退火后的横截面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的具体实施作进一步说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。

如图1所示，为本实用新型的基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片的截面示意图，尺寸为14mil×28mil，包括蓝宝石衬底4、GaN缓冲层5、n-GaN层6、量子陷层7、p-AIGaN层8、p-GaN层9、金属掺杂ITO透明导电薄层12、金属电极和钝化保护层10，所述蓝宝石衬底4与GaN缓冲层5接触连接，所述GaN缓冲层5与n-GaN层6接触连接，所述n-GaN层6与量子陷层7接触连接，所述量子陷层7与p-AIGaN层8接触连接，所述p-AIGaN层8与p-GaN层9接触连接，所述p-GaN层9与金属掺杂ITO透明导电薄层12接触连接，所述钝化保护层10接触覆盖在金属掺杂ITO透明导电薄层12和n-GaN层6上，所述金属电极包括P电极111和N电极112，所述所述P电极穿过钝化保护层10与金属掺杂ITO透明导电薄层12接触连接，所述N电极112穿过钝化保护层10与n-GaN层6接触连接。

优选的，所述金属掺杂ITO透明导电薄膜层中包括ITO薄膜和金属薄膜，所述ITO薄膜和金属薄膜通过退火处理键合在一起。

优选的，所述金属掺杂ITO透明导电薄层中掺杂的金属厚度小于等于5nm，所述掺杂金属的轨道能级大于In原子和Sn原子。

优选的，所述ITO薄膜的厚度为80～140nm。

优选的，所述基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片为正装结构。

基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片制备，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、使用金属氧化物气相沉淀法（MOCVD）制备近紫外LED外延片，结构由下至上包括蓝宝石衬底4，GaN缓冲层5，n-GaN层6，量子阱层7，p-AlGaN层8，p-GaN层9。

步骤2、将外延片清洗后，使用紫外光刻工艺形成台阶光刻胶掩膜，使用ICP刻蚀隔离沟槽，使外延片形成单独发光单元阵列，隔离沟槽从p-GaN层延伸至n-GaN层中部，深度约1.2μm。

步骤3、使用电子束蒸发在近紫外LED外延片上沉积一层80nm ITO薄膜2（优选80-140nm），接着沉积一层3nm厚掺杂金属Al薄膜（优选Al或Ti，1-3nm），随后在600℃氮氧氛围下快速热退火3分钟，使用紫外光刻工艺形成光刻胶掩膜，再利用ITO腐蚀液在35℃下湿法腐蚀10分钟；形成的新型金属掺杂ITO薄膜12透过率在365nm约90.8%，方块电阻约38Ω/sq；金属掺杂ITO薄膜生长后未退火的横截面示意图如图2所示，金属掺杂ITO薄膜退火完成后横界面示意图如图3所示。

步骤4、使用PECVD制备200nm厚的SiO2介质钝化层10，采用紫外光刻负胶工艺形成光刻胶掩膜，暴露N电极112和P电极111，再使用BOE溶液在室温下湿法腐蚀1min，将N电极112和P电极111区域的SiO2介质钝化层去除。

步骤5、采用电子束蒸发沉积Cr/Al/Ti/Au键合金属层，通过60℃热剥离丙酮浸泡和蓝膜撕金办法将其他区域的Cr/Al/Ti/Au键合金属层去除，仅保留N、P电极区域电极。

步骤6、利用干净的丙酮和异丙醇超声，再通过切割，形成单颗芯片，制备得到所述的基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片。

优选的，所述隔离沟槽的深度为1.2μm。

综上所述，本实用新型的基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片及其制备方法，可以有效的提高了芯片的光电性能，而基于金属掺杂ITO透明导电薄膜的紫外LED芯片具有降低薄膜方块电阻、增大薄膜透光率和工艺简单的优点。