基于3d打印制備led器件電極的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，具體為一種基于3D打印制備LED器件電極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，LED)具有高亮度、低能耗、長壽命、響應(yīng)速度快及環(huán)保等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)及路燈照明、交通信號(hào)以及戶外顯示、汽車車燈照明、液晶背光源等多個(gè)領(lǐng)域。
[0003]LED器件芯片大都是采用金屬有機(jī)物氣相沉積法或分子束外延法在藍(lán)寶石襯底上先生長外延片，然后沉積氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電層，刻蝕出N型層臺(tái)面，形成N型電極，最后形成P型電極。其中，外延片結(jié)構(gòu)主要包括緩沖層、N型層、多周期的量子阱有源層和P型層。ITO透明導(dǎo)電膜要有良好的導(dǎo)電特性、透明性和可靠度。常見的P型電極材料為金屬N i /Au，N型電極材料為金屬Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pt/Au。為了形成良好的歐姆接觸，要對(duì)電極材料進(jìn)行退火處理使其形成合金，即在高溫下，外延片表面蒸鍍的金屬層產(chǎn)生合金化或固相再生，從而形成歐姆接觸。接觸電阻大會(huì)增加器件工作電壓，影響流明效率，還會(huì)升高LED結(jié)溫，影響器件的內(nèi)量子效率和穩(wěn)定性，縮短使用壽命。目前ITO和電極制備的主要方法包括真空蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)和磁控濺射法。這些方法對(duì)制備條件的要求都較高。不只如此，電極形成工藝不僅復(fù)雜，需要更換多套掩膜板，多次光刻，多次濕法和干法刻蝕過程，如圖1所示，還容易對(duì)外延片造成離子損傷及光刻膠污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種基于3D打印制備LED器件電極的方法，且該方法簡單，生產(chǎn)周期短。
[0005]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:基于3D打印制備LED器件電極的方法，包括以下步驟:
步驟一:編寫3D ITO打印頭、3D N型電極打印頭、3D P型電極打印頭的運(yùn)動(dòng)路徑程序，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求為準(zhǔn)；
步驟二:將具有LED有源結(jié)構(gòu)的外延片清潔好后作為基板放入3D打印機(jī)中，利用單個(gè)或陣列式3D ITO打印頭在基板P型層上打印ITO薄膜；
步驟三:采用單個(gè)或陣列式3D ITO打印頭在ITO薄膜上打印圖形化的ITO薄膜，以實(shí)現(xiàn)ITO薄膜的粗糙化；
步驟四:在上述基板ITO薄膜上涂覆光刻膠，并利用光刻機(jī)進(jìn)行曝光，顯影，并以光刻膠為掩膜干法刻蝕出N型層臺(tái)面，最后清洗掉殘留的光刻膠；
步驟五:在已經(jīng)刻蝕出N型層臺(tái)面的基片上，利用單個(gè)或陣列式3DP型電極打印頭在ITO薄膜上打印P型電極材料；
步驟六:在已經(jīng)打印好P型電極材料的基片上，利用單個(gè)或陣列式3DN型電極打印頭在N型層臺(tái)面上打印N型電極材料，得到LED器件電極。
[0006]上述的基于3D打印制備LED器件電極的方法，所述步驟二和步驟三中，3D ITO打印頭采用氧化銦錫粉末作為墨水，墨水從氧化銦錫粉腔中流出后，用波長大于1064nm的激光照射氧化銦錫粉末，使其迅速溶化后固化成型，最后將沒有固化的多余粉末去除，得到ITO薄膜。
[0007]上述的基于3D打印制備LED器件電極的方法，所述步驟二中，ITO薄膜厚度為500nm?3500nmo
[0008]上述的基于3D打印制備LED器件電極的方法，所述步驟六中，將金屬鎳粉末加入到3DP型電極打印頭的金屬鎳熔融腔中進(jìn)行速熔，控制溫度在1453°C使其處于半固化狀態(tài)，從3DP型電極打印頭擠出后迅速固化，形成金屬鎳膜;將金屬金粉末加入到3DP型電極打印頭的金屬金熔融腔中進(jìn)行速熔，控制溫度在1062°C使其處于半固化狀態(tài)，從3DP型電極打印頭擠出后迅速固化，形成金屬金膜，P型電極材料是Ni/Au，厚度為50nm?500nm。
[0009]上述的基于3D打印制備LED器件電極的方法，所述步驟七中，將金屬鈦粉末加入到3DN型電極打印頭的金屬鈦熔融腔中進(jìn)行速熔，控制溫度在1675 °C使其處于半固化狀態(tài)，從3DN型電極打印頭擠出后迅速固化，形成金屬鈦膜;將金屬鋁粉末加入到3DN型電極打印頭的金屬鋁熔融腔中進(jìn)行速熔，控制溫度在660°C使其處于半固化狀態(tài)，從3DN型電極打印頭擠出后迅速固化，形成金屬鋁膜;將金屬鎳粉末加入到3DN型電極打印頭的金屬鎳熔融腔中進(jìn)行速熔，控制溫度在1453°C使其處于半固化狀態(tài)，從3DN型電極打印頭擠出后迅速固化，形成金屬鎳膜;將金屬金粉末加入到3DN型電極打印頭的金屬金熔融腔中進(jìn)行速熔，控制溫度在1062°C使其處于半固化狀態(tài)，從3DN型電極打印頭擠出后迅速固化，形成金屬金膜，N型電極材料是Ti/Al/Ni/Au，厚度為200nm?2000nm。
[0010]上述的基于3D打印制備LED器件電極的方法，為防止金屬氧化，將3DP型電極打印頭噴嘴和基板置于惰性氣體氛圍中。為了形成良好的歐姆接觸，在Ni/Au薄膜打印完成后在氮?dú)夥諊胁捎貌ㄩL為1064nm的激光輻照進(jìn)行金屬的快速退火處理。
[0011]上述的基于3D打印制備LED器件電極的方法，為防止金屬氧化，將3DN型電極打印頭噴嘴和基板置于惰性氣體氛圍中。為了形成良好的歐姆接觸，在Ti/Al/Ni/Au薄膜打印完成后在氮?dú)夥諊胁捎貌ㄩL為1064nm的激光輻照進(jìn)行金屬的快速退火處理。
[0012]3D打印技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維模型數(shù)據(jù)分為層片模型數(shù)據(jù)，將特定原材料一層一層堆積成型直至完成整個(gè)實(shí)體的構(gòu)建，具有工藝步驟簡單、成型速度快、精密度高的特點(diǎn)，不僅能夠減少光刻和刻蝕步驟，也能夠直接形成粗糙化的ITO，提高器件的出光效率，因此可以作為制備ITO和電極的理想工藝技術(shù)。
[0013]本發(fā)明基于3D打印形成LED器件電極結(jié)構(gòu)，不僅能夠減少電極制備過程中的光刻及刻蝕工藝步驟，縮短生產(chǎn)周期，降低光刻及刻蝕過程可能對(duì)外延片造成的污染和損傷幾率，還能夠降低電極形成過程中高溫退火過程對(duì)量子阱有源區(qū)界面結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高LED器件的發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為傳統(tǒng)LED器件電極的制作流程圖。
[0015]圖2為基于3D打印制作LED器件電極的流程圖。
[0016]圖3為正裝LED器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1-P型電極，2- N型電極，3-N型層臺(tái)面，4-襯底，5-1T0薄膜，6-P型層，7-N型層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]圖1為傳統(tǒng)LED器件電極的制作流程圖，如圖所示，在外延片上形成電極，需要經(jīng)過刻蝕ITO薄膜、刻蝕η型層電極窗口與P型層電極窗口等多步光刻與蝕刻工藝。
[0020]圖2為基于3D打印制作LED器件電極的流程圖，如圖所示，在外延片上形成電極，只需要經(jīng)過一次刻蝕過程即刻蝕外延片至露出η型層臺(tái)面，這大大簡化了 LED器件電極的工藝流程，縮短了生產(chǎn)周期。還能夠降低光刻和刻蝕過程對(duì)外延片造成光刻膠污染及離子損傷的幾率，具體包括以下步驟:
步驟一:編寫3D ITO打印頭、3D N型電極打印頭、3D P型電極打印頭的運(yùn)動(dòng)路徑程序，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求為準(zhǔn)；
步驟二:將具有LED有源結(jié)構(gòu)的外延片清潔好后作為基板放入3D打印機(jī)中，利用單個(gè)或陣列式3D ITO打印頭在基板上打印ITO薄膜，3D ITO打印頭采用氧化銦錫粉末作為墨水，墨水從氧化銦錫粉腔