一種三維led發(fā)光器件的制作方法
【專利說明】一種三維LED發(fā)光器件
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種三維LED發(fā)光器件，屬于發(fā)光二極管領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]LED發(fā)光器件可以將約30%的電功率轉(zhuǎn)換為光功率，剩下的70%的電功率轉(zhuǎn)換為熱能，因此，增強(qiáng)LED發(fā)光器件的散熱性能對提高LED發(fā)光器件的性能和可靠性至關(guān)重要。在汽車頭燈、舞臺燈以及投影儀等應(yīng)用領(lǐng)域，需要高強(qiáng)度的LED光源。通過增加LED發(fā)光器件的驅(qū)動電流和LED發(fā)光器件的尺寸可以增大LED的發(fā)光強(qiáng)度和光通量。但是隨著LED芯片尺寸的增加，注入電流在LED芯片中均勻擴(kuò)展變得比較困難，散熱也比較困難。如何提高大尺寸功率型三維LED芯片的散熱性能成為發(fā)光二極管領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種三維LED發(fā)光器件，該三維LED發(fā)光器件是將LED芯片焊接在具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔的散熱基板材料上，通過嵌入在散熱基板材料中的導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光器件與外部環(huán)境的三維互連，減小LED發(fā)光器件的體積、增強(qiáng)LED發(fā)光器件散熱性能，從而提高LED發(fā)光器件的發(fā)光效率和可靠性。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的:
一種三維LED發(fā)光器件，包括LED芯片和散熱基板，所述LED芯片上設(shè)有p型歐姆接觸電極和η型歐姆接觸電極；所述散熱基板上設(shè)有若干個導(dǎo)電導(dǎo)熱通孔，導(dǎo)電導(dǎo)熱通孔內(nèi)壁上依次沉積有絕緣層、種子層和導(dǎo)電導(dǎo)熱金屬孔芯；所述P型歐姆接觸電極焊接于導(dǎo)電導(dǎo)熱金屬孔芯上。
[0006]所述η型歐姆接觸電極焊接于導(dǎo)電導(dǎo)熱金屬孔芯上；所述導(dǎo)電導(dǎo)熱金屬孔芯包括上部、中部和下部，所述上部的直徑大于導(dǎo)電導(dǎo)熱通孔，所述下部的直徑大于導(dǎo)電導(dǎo)熱通孔的直徑。
[0007]所述焊接為Au-N1-Sn共晶焊或金屬引線焊接。
[0008]所述LED芯片從上至下依次包括GaN或AlGaN層、η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層、P型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電層和反射層；所述反射層上設(shè)有貫穿反射層、透明導(dǎo)電層、P型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層和多量子阱發(fā)光層，且盲端位于η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層的盲孔；所述盲孔的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有絕緣層，所述反射層上分開設(shè)有高度相同的嵌入式η型歐姆接觸電極和P型歐姆接觸電極，嵌入式η型歐姆接觸電極包括嵌入式η型歐姆接觸電極層和嵌入式η型歐姆接觸電極層上的用于填充盲孔的η型歐姆接觸電極柱；所述η型歐姆接觸電極層與反射層間設(shè)有絕緣層。
[0009]所述透明導(dǎo)電層為由銦錫氧化物層、金屬線網(wǎng)格層、銦錫氧化物層組成的銦錫氧化物層/金屬線網(wǎng)格層/銦錫氧化物層復(fù)合層；所述絕緣層的材料為Si02、Si3N4、AlN或Al2O3O
[0010]所述金屬線網(wǎng)格層的材料為Al、Ag、Au或Cu。
[0011]所述盲孔為周期性或非周期性分布。
[0012]上述三維LED發(fā)光器件的制備方法，包括如下步驟:
(1)在藍(lán)寶石襯底上依次生長GaN或AlN緩沖層、η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層、多量子阱層和P型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層；
(2)在P型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層上制備透明導(dǎo)電層；采用派射方式在透明導(dǎo)電層上制備反射層；
(3)采用光刻、干法刻蝕法或濕法腐蝕法對反射層、透明導(dǎo)電層、P型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層、多量子阱(MQW)層、η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層進(jìn)行微加工，制備貫穿反射層、透明導(dǎo)電層、P型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層和多量子阱層，且盲端位于η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層的盲孔；
(4)采用等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉法在盲孔內(nèi)和反射層上沉積絕緣層；采用光刻和干法刻蝕法或濕法腐蝕法去除盲孔底部的絕緣層，保留盲孔側(cè)壁的絕緣層，即得側(cè)壁上沉積有絕緣層的盲孔；
(5)采用濺射、蒸鍍或電鍍法在側(cè)壁上沉積有絕緣層的盲孔內(nèi)及其頂部上制備η型歐姆接觸金屬電極柱和η型歐姆接觸金屬電極層，在反射層上制備P型歐姆接觸金屬電極，即得LED芯片；
(6)在散熱基板材料中制備通孔，在通孔側(cè)壁上沉積絕緣層和種子層，在通孔中填充導(dǎo)電導(dǎo)熱材料，形成導(dǎo)電導(dǎo)熱金屬孔芯；
(7)將LED芯片倒裝焊接于散熱基板的導(dǎo)電導(dǎo)熱金屬孔芯上，即得三維LED發(fā)光器件。
[0013]所述LED芯片從下至上依次包括藍(lán)寶石襯底、GaN或AlGaN層和η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層；所述η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層上分開設(shè)有η型歐姆接觸電極和多量子阱發(fā)光層，多量子阱發(fā)光層上依次設(shè)有P型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電層和P型歐姆接觸電極。
[0014]所述LED芯片從上至下依次包括η型歐姆接觸電極、GaN或AlGaN層、η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層、多量子講發(fā)光層、ρ型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電層、反射層和P型歐姆接觸電極。
[0015]其制備方法為:在藍(lán)寶石襯底11上依次生長未摻雜的GaN或AlN緩沖層12、η型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體材料13、多量子阱(MQW)14、p型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體材料15 ;在ρ型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體材料15上形成透明導(dǎo)電層21，該透明導(dǎo)電層是透明導(dǎo)電層是ITO/金屬線網(wǎng)格/ITO三層復(fù)合薄膜材料；采用濺射方式在透明導(dǎo)電層21上形成反射層31 ;采用光刻和干法刻蝕或者是濕法腐蝕的方法對反射層31、透明導(dǎo)電層21、p型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體材料15、多量子阱(MQW)14、n型摻雜的GaN或AlGaN半導(dǎo)體材料13進(jìn)行微加工，從而形成周期性分布或非周期性分布的孔洞結(jié)構(gòu)，這些孔洞結(jié)構(gòu)貫穿P型摻雜的氮化鎵或鋁鎵氮半導(dǎo)體材料15、多量子阱(MQW) 14，并在η型摻雜的氮化鎵或鋁鎵氮半導(dǎo)體材料13中形成盲孔。然后，通過等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法在孔洞內(nèi)部和周圍形成絕緣層41，該絕緣層41材料是Si02、Si3N4或AlN ;采用光刻和干法刻蝕或者是濕法腐蝕的方法對絕緣層41進(jìn)行加工，去除孔洞底部的絕緣層，只保留孔洞側(cè)壁的絕緣層；采用濺射、蒸鍍或電鍍的方式在孔洞中形成η型歐姆接觸金屬電極51 ;在反射層31上形成ρ型歐姆接觸金屬電極61 ;嵌入式η型歐姆接觸金屬電極51和ρ型歐姆接觸金屬電極61形成倒裝LED芯片；ρ電極71和η電極72位于LED芯片的同側(cè)，形成水平結(jié)構(gòu)LED芯片；導(dǎo)電襯底81作為垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的ρ電極，η電極82位于垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的頂部；在散熱基板材料中形成通孔結(jié)構(gòu)、在通孔側(cè)壁沉積絕緣層101、種子層110，在通孔中填充導(dǎo)電、導(dǎo)熱金屬材料121，從而在散熱基板中形成導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔；倒裝LED芯片焊接在具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔的散熱基板上，通過分布于散熱基板材料中的導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔121實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光器件與外部電子線路的三維互連；水平結(jié)構(gòu)LED芯片的ρ電極和η電極通過導(dǎo)電金屬引線141焊接在具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔的散熱基板上，通過分布于散熱基板材料中的導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔實(shí)現(xiàn)水平結(jié)構(gòu)LED發(fā)光器件與外部電子線路的三維互連；垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的導(dǎo)電襯底焊接在在具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔的散熱基板上，通過分布于散熱基板材料中的導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔實(shí)現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)LED發(fā)光器件與外部電子線路的三維互連。
[0016]本發(fā)明涉及一種三維LED發(fā)光器件，通過將LED發(fā)光器件焊接在具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔的散熱基板材料上，通過嵌入在散熱基板材料中的導(dǎo)電、導(dǎo)熱通孔實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光器件與外部電子線路的三維互連，減小LED發(fā)光器件的體積、增強(qiáng)LED發(fā)光器件的發(fā)光效率和散熱性能，提