[发明专利]一种具有ITO纳米柱网状薄膜的LED管芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有ITO纳米柱网状薄膜的LED管芯及其制备方法，属于光电子器件应用的技术领域。

背景技术

随着LED在照明和显示屏方面的广泛应用，对LED管芯的性能指标要求越来越高，如何提高GaN LED的出光强度，成为产品市场竞争中的热点。MOCVD外延生长技术和多量子阱结构的发展，人们在精确控制外延生长、掺杂浓度和减少位错等方面都取得了突破，外延片的内量子效率已有很大提高。像AlInGaP基LED，内量子效率已接近极限，可达100%。由于LED的外量子效率取决于外延材料的内量子效率和芯片的出光效率，提高LED发光效率的关键是提高芯片的外量子效率，这在很大程度上取决于芯片的出光效率。

表面粗化能通过改变出射光的方向减少反射增加有效出光面积提高取光效率，同时不损伤材料的光电特性。表面粗化作用是增加透射率，将满足全反射定律的光改变方向，继而在另一表面被反射回原表面时不被全反射而透过界面，起防反射功能。光子的反射路径被封闭在纹理结构之中，使有源层发出的光子能够有效的被取出。纹理表面不影响光束角特性，且适用于比例放大的功率型大尺寸LED芯片。表面粗化与表面粗糙度，晶粒尺寸及晶粒密度有必然的联系。在考虑出光率的同时，必须尽量减小对电学性能降低的风险。除了表面粗化，芯片侧面也可以粗糙化以提高出光效率。侧面粗化后芯片的外量子效率可以超过30%。侧面粗化不容易控制，容易对器件造成很大的损伤，研究表明，侧面粗化为三角状，55°时的出光效率最高。同时，降低材料的吸收系数可以很大提高LED的出光效率，在吸收系数为10/cm时，经过粗化后的LED出光效率可以达到46.1%。

光子晶体是指具有光子带隙（PhotonicBand-Gap，简称为PBG）特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG光子晶体结构。光子晶体完全依靠自身结构就可实现带阻滤波，且结构比较简单，在微波电路、微波天线等方面均具有广阔的应用前景。LED发出光中心在周围多种介质包覆下大多数光不能耦合出去，光辐射效率低，如果将LED发光中心置于特定的光子晶体中，设计发光中心的自发辐射频率与光子晶体的光子禁带重合，光就不会被反射而是沿着特定的方向辐射出去。目前主要用二维光子晶体来提高LED的出光效率，其影响出光效率的主要因素有光子晶体的结构，晶格常数和高度等。利用光子晶体提高LED出光效率的作用方式主要有利用光子禁带效应原理和利用光栅衍射效应原理。光子晶体只能有助于特定方向光出射，优化光子晶体参数的同时，与其他提高出光效率的技术相结合，是下一阶段的研究趋势。通过粗化芯片能有效改善光出射角度提高光提取效率，通过光子晶体技术能最大程度提高特定方向的取光效率。但光子晶体制备工艺限制该技术在LED上应用。

中国专利申请CN101931053A公开了关于一种氧化铟锡(ITO)立体电极及其制备方法。该发明的氧化铟锡立体电极包括一导电层以及复数个氧化铟锡导电纳米柱，形成于导电层的表面，且其氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围为10nm至1500nm，应用于有机太阳能电池的最佳长度可调变范围为50nm至200nm。发明的具有立体结构的氧化铟锡电极用于有机光电组件(如：有机太阳能电池、有机发光二极管等)时，可增加主动层与电极的接触面积，有效提升电流注入或导出的效率。但该专利中ITO立体电极实现主要通过电子束的斜向蒸镀，薄膜还是处于物理蒸镀的过程，还不能直接应用现有半导体产线设备直接实现立体电极蒸镀。

文章“Vol.17,No.23/OPTICS EXPRESS200921250-21256”给出了一种应用电子束倾角蒸发ITO纳米柱用于GaN LED上提高出光效率的方法，但该方法中提到电子束蒸发需要倾角蒸发，气体氛围为N₂环境，另外文章中提到的制备的ITO纳米柱薄膜不能用于电流扩展层，需要在已有一层薄ITO普通薄膜基础上制备，才能作为有效提高出光的电流扩展层。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有ITO纳米柱网状薄膜的LED管芯的制备方法。本发明根据有效提高LED光提取效率的原理，给出了一种利用电子束直接蒸发无序纳米柱网状排列LED表面薄膜的LED管芯，其中制备的ITO纳米柱网状薄膜是通过特殊工艺参数运用VLS（vapor-liquid-solid）晶体生长机理具有晶体的特点，同时该薄膜无序排列呈网状，具有LED表面电流扩展和粗化光提取的效果。通过电子束蒸发方式在真空环境下能实现LED器件上规模量产，同时制备的ITO纳米柱网状薄膜能很大程度提高取光效率，工艺技术简单，器件性能指标高。