ITO薄膜在LED中的应用

星弧涂层科技（苏州工业园区）有限公司  王  飞
一、引言
      新型高效光源，特别是白色光源（适用于一般照明）的发展对于大幅度降低照明用电量具有很重要的作用，因为它可以降低电能消耗增长速度，进而减少新增电网容量的费用，降低能源消耗、减少向大气中排放的温室气体及其他污染物。 LED，特别是白色光LED，因其与传统光源相比所具有的理论以及现实的优越性，受到广大专业人士的青睐。它的出现也为照明界开拓出了一个全新的技术领域，并为照明节能设计提供了更多的选择。
      为了提高LED芯片的出光效率，人们想了许多办法。比如，当前市场上出现了许多亮度较高的ITO芯片的LED。GaN基白光LED中如果用ITO替代Ni/Au作为P型电极（结构如图1所示），既可以降低电流扩展窗口层的厚度，又可以实现电流扩展和窗口层的作用，同时芯片的亮度要比采用通用电极的芯片高20％－30％。正是由于这种优越性，ITO薄膜在LED芯片中得到了广泛的应用，同时ITO膜层性能的好坏很大程度上决定了整个LED芯片的发光效率，而其性能与材料的选取和工艺参数有密切的关系。

二、问题和挑战
      ITO是英文Indium Tin Oxides的缩写，是一种半导体透明导电薄膜。与其它的半导体透明导电薄膜相比，ITO具有良好的化学稳定性和热稳定性，对衬底具有良好的附着性和图形加工特性。透明导电薄膜通常有两个性能指标：电阻率和透光率。在众多可作为透明电极的材料中，ITO是应用最为广泛的一种，主要是由于ITO可同时具有很低的电阻率及高的透光率，符合了导电性及透光性良好的要求，而且容易在酸液和等离子体环境中蚀刻出细微的图形。
      目前，工业上LED用ITO薄膜一般采用蒸镀的方法，然而，蒸镀ITO薄膜一般对衬底表面清洁度有很强的依赖性，此外还存在薄膜均匀性、附着性差，膜层外围泛白，膜层上会有ITO粉末残留等缺陷，很大程度上限制了LED性能的进一步提高。
三、星弧涂层的解决方案
      星弧涂层的Jupiter-V-340I ITO系列设备，如图2，是专为ITO膜的溅射沉积而制造的，该系列设备采用离子束+磁控溅射组合的形式，离子束可以对基片、夹具和腔体等进行预清洗，减轻了ITO薄膜对衬底表面清洁度的强依赖性。
      磁控溅射采用多个可独立控制的磁控靶材，可简便、大范围地调节沉积速率。在磁控溅射制备ITO薄膜的过程中，ITO的透过率和电阻率主要由溅射靶材和镀膜参数来控制，溅射靶材中In2O3与Sn2O3的比例对ITO的性能有很大的影响，当其比例为Sn2O3:In2O3≈1:9时，ITO薄膜有最佳的光电性能，透过率最高可达90%以上，电阻率一般在10-4Ωcm量级，最好的可达5 ×10-5Ωcm，已接近金属的电阻率。
      星弧涂层ITO系列设备制备的ITO膜在很大的沉积范围内具有很好的均匀性，如图3所示，在所有的装载范围内，ITO膜厚度的正偏差仅为+3.7%，负偏差仅为－4.7%。同时，ITO薄膜的电阻率在10-4 Ωcm量级，透过率大于80%，能很好地满足LED中应用的要求。

      此外，如果对LED芯片中的ITO做进一步的表面粗化处理，可进一步提高其发光强度。如采用图4所示的器件结构，并用星弧涂层Star-RIE设备实施干法刻蚀工艺，制备ITO表面粗化的GaN基LED芯片，结果表面，同传统的表面光滑的芯片相比，在20mA的驱动电流下，发光强度提高了70%。
 
四、结语
      利用ITO透明导电薄膜做LED的窗口层，可以很好地提高LED的性能，星弧涂层PVD设备制备ITO薄膜，很好地解决了目前工业上蒸镀沉积ITO薄膜时存在的问题，制备的ITO薄膜具有优异的光电性能和很好的膜层均匀性及附着性，能很好地满足LED中应用的要求。