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技術(shù)文章
ITO不同退火條件對LED藍光芯片光電性能的影響

上海矽諾國際貿(mào)易有限公司  2020-06-30  點擊3948次

1 引言

在氧化物導(dǎo)電膜中,以摻Sn 的In2O3(ITO) 膜的透過率最高和導(dǎo)電性能最好,而且容易在酸液中蝕刻出微細的圖形。其透過率已達90%,ITO 中其透過率和阻值分別由In2O 與Sn2O3 之比例來控制,ITO 透明導(dǎo)電薄膜是一種寬能隙半導(dǎo)體材料,能隙值約3.5-4.3ev,在可見光范圍內(nèi)具有良好的穿透性和良好的導(dǎo)電性能,折射率可達1.8-2.1,ITO 屬于n 型半導(dǎo)體,可能的導(dǎo)電原理為:一種解釋為摻雜機制,另一種解釋為氧空位機制。由于ITO 薄膜具有這些優(yōu)良的性能,從而被廣泛應(yīng)用于電腦顯示器LCD 上的導(dǎo)電薄膜,觸摸型顯示器在氧化等。

2 實驗

樣品制備:配置清洗溶液,將濃H2SO4 和H2O2 按照3:1比例混合,溫度控制在120℃左右,將BK7 玻璃片和生長完外延層的外延片放入溶液中浸泡1min,然后用去離子水沖洗5min,然后用甩干機甩干處理。 將清洗甩干的BK7 玻璃片和外延片分成兩組:編號BK7-X、WY-Y;X、Y 是樣品編號,分別取值1-6,1-3;放入電子束蒸發(fā)設(shè)備中蒸鍍1100? 厚度的ITO 樣品,玻璃片用來測試不同退火溫度對應(yīng)的可見光下的穿透率和方塊電阻,外延片用來測試不同退火溫度下對應(yīng)的電壓值。

3 實驗與討論

3.1 不同退火溫度對ITO 薄膜性質(zhì)的影響

3.1.1 不同退火溫度對ITO 薄膜光學(xué)性質(zhì)的影響

表1 是BK7 玻璃襯底上蒸鍍ITO 厚度1100?, 分別在300℃、500℃、550℃條件下退火的記錄表,蒸鍍條件為:腔體真空度5.6×106Pa,蒸鍍溫度為310℃,鍍膜速率為1?/s,氧氣流量為10sccm。

根據(jù)下圖圖1 可知,ITO 厚度1100?, 分別在300 ℃、500℃、550℃條件下退火30min,在可見光范圍內(nèi)穿透率有明顯差異,當退火溫度為300℃時,其穿透率明顯較低,在460nm 處不到90%,當溫度上升到500℃時,穿透率明顯上升,最高可98%,550℃相對500℃而言,穿透率基本無明顯上升。原因分析,當退火溫度較低時,ITO 薄膜內(nèi)部原子沒有獲得足夠的能量進行擴散,結(jié)晶質(zhì)量不好,無法修復(fù)內(nèi)部缺陷,對光子吸收嚴重,當溫度達到500℃以上,能提供足夠的能量讓ITO 原子重新排列,重結(jié)晶,大量缺陷被修復(fù),薄膜穿透率上升。

3.1.2 不同退火溫度對ITO 薄膜電學(xué)性質(zhì)的影響

表2 是在玻璃襯底上蒸鍍ITO 厚度1100?, 分別在300℃、500℃、550℃條件下退火的記錄表,蒸鍍條件為:腔體真空度5.6×106Pa,蒸鍍溫度為310℃,鍍膜速率為1?/s,氧氣流量為10sccm。

從圖2 可以看出,隨著溫度的上升,ITO 薄膜的片電阻值呈現(xiàn)下降趨勢,推斷片電阻隨溫度上升下降原因如下:隨著溫度的增加,原子獲得足夠的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?,晶格重新排列,薄膜缺陷不斷被修?fù),隨著溫度不斷升高,所獲得的動能不斷增大,原子排列更加整齊,修復(fù)的缺陷更多,因此薄膜導(dǎo)電性變好,片電阻降低;同時隨著N2的流動,將腔體內(nèi)的O2 不斷帶走,形成氧空位,增加ITO 薄膜內(nèi)部自由電子的濃度,從而增加薄膜導(dǎo)電性。

3.1.3 不同退火溫度對LED 藍光性質(zhì)的影響

表三是在玻璃襯底上蒸鍍ITO 厚度1100?, 分別在300℃、500℃、550℃條件下退火的記錄表,蒸鍍條件為:腔體真空度5.6×106Pa,蒸鍍溫度為310℃,鍍膜速率為1?/s,氧氣流量為10sccm。蒸鍍完ITO 后,按照芯片加工工藝,鍍膜、光刻、去膠、清洗、等步驟完成LED 芯片的制作,制作成單顆尺寸18mi*35mil 的芯片,然后測試LED 芯片在150MA 下的正向工作電壓VF 和發(fā)光亮度LOP。

從圖3 來看,除ITO 退火溫度不同外,三個樣品的芯片加工工藝相同,在150mA 電流驅(qū)動下,樣品1 電壓最高,樣品三最低,說明1 號樣品ITO 的導(dǎo)電能力最差,3 號樣品導(dǎo)電能力最好,這正與上面討論ITO 片電阻隨退火溫度升高而降低的結(jié)論相吻合。

4 結(jié)論

當退火溫度較低時,ITO 薄膜內(nèi)部原子沒有獲得足夠的能量進行擴散,結(jié)晶質(zhì)量不好,無法修復(fù)內(nèi)部缺陷,對光子吸收嚴重,當溫度達到500℃以上,能提供足夠的能量讓ITO 原子重新排列,重結(jié)晶,大量缺陷被修復(fù),薄膜穿透率上升可達

98%。

隨著溫度的增加,晶格重新排列,薄膜缺陷不斷被修復(fù),因此薄膜導(dǎo)電性變好,片電阻降低;同時隨著N2 的流動,將腔體內(nèi)的O2 不斷帶走,形成氧空位,增加ITO 薄膜內(nèi)部自由電子的濃度,從而增加薄膜導(dǎo)電性。