基于3d打印制備led器件電極的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光電子器件領域，具體為一種基于3D打印制備LED器件電極的方法。
【背景技術】
[0002]發光二極管(Light Emitting D1de，LED)具有高亮度、低能耗、長壽命、響應速度快及環保等特點，廣泛地應用于室內及路燈照明、交通信號以及戶外顯示、汽車車燈照明、液晶背光源等多個領域。
[0003]LED器件芯片大都是采用金屬有機物氣相沉積法或分子束外延法在藍寶石襯底上先生長外延片，然后沉積氧化銦錫(ITO)透明導電層，刻蝕出N型層臺面，形成N型電極，最后形成P型電極。其中，外延片結構主要包括緩沖層、N型層、多周期的量子阱有源層和P型層。ITO透明導電膜要有良好的導電特性、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，要對電極材料進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生合金化或固相再生，從而形成歐姆接觸。接觸電阻大會增加器件工作電壓，影響流明效率，還會升高LED結溫，影響器件的內量子效率和穩定性，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，電子束蒸發和磁控濺射法。這些方法對制備條件的要求都較高。不只如此，電極形成工藝不僅復雜，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，還容易對外延片造成離子損傷及光刻膠污染。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有技術中存在的上述缺陷，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，生產周期短。
[0005]本發明是采用如下的技術方案實現的: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型電極打印頭的運動路徑程序，以滿足結構設計需求為準；
步驟二:將具有LED有源結構的外延片清潔好后作為基板放入3D打印機中，利用單個或陣列式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，以實現ITO薄膜的粗糙化；
步驟四:在上述基板ITO薄膜上涂覆光刻膠，并利用光刻機進行曝光，顯影，并以光刻膠為掩膜干法刻蝕出N型層臺面，最后清洗掉殘留的光刻膠；
步驟五:在已經刻蝕出N型層臺面的基片上，利用單個或陣列式3DP型電極打印頭在ITO薄膜上打印P型電極材料；
步驟六:在已經打印好P型電極材料的基片上，利用單個或陣列式3DN型電極打印頭在N型層臺面上打印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行速熔，控制溫度在1453°C使其處于半固化狀態，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行速熔，控制溫度在1062°C使其處于半固化狀態，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行速熔，控制溫度在1675 °C使其處于半固化狀態，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行速熔，控制溫度在660°C使其處于半固化狀態，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行速熔，控制溫度在1453°C使其處于半固化狀態，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行速熔，控制溫度在1062°C使其處于半固化狀態，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氣氛圍中采用波長為1064nm的激光輻照進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氣氛圍中采用波長為1064nm的激光輻照進行金屬的快速退火處理。
[0012]3D打印技術可以將計算機設計的三維模型數據分為層片模型數據，將特定原材料一層一層堆積成型直至完成整個實體的構建，具有工藝步驟簡單、成型速度快、精密度高的特點，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。
[0013]本發明基于3D打印形成LED器件電極結構，不僅能夠減少電極制備過程中的光刻及刻蝕工藝步驟，縮短生產周期，降低光刻及刻蝕過程可能對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量子阱有源區界面結構的破壞，從而提高LED器件的發光效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為傳統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器件結構示意圖。
[0017]圖中:1-P型電極，2- N型電極，3-N型層臺面，4-襯底，5-1T0薄膜，6-P型層，7-N型層。
【具體實施方式】
[0018]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
[0019]圖1為傳統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，只需要經過一次刻蝕過程即刻蝕外延片至露出η型層臺面，這大大簡化了 LED器件電極的工藝流程，縮短了生產周期。還能夠降低光刻和刻蝕過程對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型電極打印頭的運動路徑程序，以滿足結構設計需求為準；
步驟二:將具有LED有源結構的外延片清潔好后作為基板放入3D打印機中，利用單個或陣列式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