CN104659178A - 一种功率型三维led发光器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种功率型三维LED发光器件，包括LED芯片和散热基板，所述LED芯片的反射层上设有贯穿反射层、透明导电层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层和多量子阱层，且盲端位于n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层的盲孔；所述反射层上分开设有嵌入式n型欧姆接触电极和p型欧姆接触电极，嵌入式n型欧姆接触电极包括嵌入式n型欧姆接触电极层和用于填充盲孔的n型欧姆接触电极柱；所述散热基板上设有若干个导电导热通孔，导电导热通孔中填充有导电导热金属孔芯；所述嵌入式n型欧姆接触电极层和p型欧姆接触电极焊接于导电导热金属孔芯上。本发明提供的功率型LED发光器件具有优良的电流扩展性能和散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率型三维LED发光器件及其制造方法，属于发光二极管领域。
背景技术
发光二极管（Light Emitting Diodes，LEDs）具有电光转换效率高、节能、环保、寿命长、体积小等优点，基于LED的半导体照明被认为是二十一世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固体冷光源和最具发展前景的高新技术领域之一。半导体照明广泛应用的关键是提高氮化物LED芯片发光效率。大尺寸功率型LED芯片的发光效率与电流注入效率和注入电流在芯片内部的均匀扩展有密切的关系。
由于p型掺杂原子在GaN或AlGaN合金材料的离化能较高，因此不易对GaN或AlGaN材料进行p型掺杂，即使制备了p型掺杂的GaN和AlGaN材料，但由于其电阻率较高，注入电流在p-GaN或p-AlGaN材料中的横向扩展也比较困难。目前，在工业界得到广泛应用的铟锡氧化物（ITO）透明导电材料对可见光的透过率较高，但是对紫外光的透过率却很低。为了解决这个问题，本发明使用了一种对紫外光和可见光的透过率均大于90%，面电阻小于25 Ω/□的透明导电材料。
另一方面，在汽车头灯、舞台灯以及投影仪等应用领域，需要高强度的LED光源。通过增加LED发光器件的驱动电流和LED发光器件的尺寸可以增大LED的发光强度和光通量。但是随着LED芯片的尺寸的增加，注入电流在LED芯片中均匀扩展变得比较困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率型三维LED发光器件及其制造方法。
本发明通过在LED发光器件上形成一种对紫外光和可见光均具有较高透过率，且面电阻小于25Ω/□的透明导电材料，采用微加工技术在LED发光器件结构内形成周期性或非周期性分布的孔洞结构，并通过在孔洞侧壁形成绝缘层，并在孔洞中填充导电金属材料的方式形成嵌入式的n型欧姆接触电极，增强功率型LED发光器件的电流扩展性能，从而提高LED发光器件的发光效率和可靠性。
本发明采用如下技术方案实现上述目的：
一种功率型三维LED发光器件，包括LED芯片和散热基板，所述LED芯片从上至下依次包括GaN或AlGaN层、n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、多量子阱层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、透明导电层和反射层；所述反射层上设有贯穿反射层、透明导电层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层和多量子阱层，且盲端位于n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层的盲孔；所述盲孔的内侧壁上设有绝缘层，所述反射层上分开设有高度相同的嵌入式n型欧姆接触电极和p型欧姆接触电极，嵌入式n型欧姆接触电极包括嵌入式n型欧姆接触电极层和嵌入式n型欧姆接触电极层上设有的用于填充盲孔的n型欧姆接触电极柱；所述n型欧姆接触电极层与反射层间设有绝缘层；嵌入式n型欧姆接触电极和p型欧姆接触电极间填充有预固化填料层；所述散热基板上设有若干个导电导热通孔，导电导热通孔内壁上依次沉积有绝缘层、种子层和导电导热金属孔芯；所述嵌入式n型欧姆接触电极层和p型欧姆接触电极焊接于导电导热金属孔芯上。
所述GaN或AlGaN层上还设有蓝宝石衬底。
所述蓝宝石衬底为六棱锥型、菱形、倒装梯形或倒装金字塔结构；
所述透明导电层为Ni/Au金属线网格层、厚度小于10nm的掺杂Rh、Pt、Ni、Cu或Al的银薄膜或图案化的镍/石墨烯透明导电层；所述盲孔为周期性或非周期性分布；所述绝缘层材料为SiO2、Si3N4或AlN。
所述Ni/Au金属线网格层的网格的边长为140nm，高度为50nm，占空比为50%；所述掺杂Rh、Pt、Ni、Cu或Al的银薄膜的厚度为5-10nm，其中Rh、Pt、Ni、Cu或Al的摩尔百分比小于10%；所述反射层为铝层、铑层或周期性的TiO2/SiO2堆栈层。
所述周期性的TiO2/SiO2堆栈层包括第一堆栈和第二堆栈；所述第一堆栈包含若干个周期的TiO2/SiO2堆栈，且TiO2/SiO2的厚度为48 nm/90 nm；所述第二堆栈包含若干个周期的TiO2/SiO2堆栈，且TiO2/SiO2的厚度为76 nm/139 nm。
一种制备上述功率型三维LED发光器件的方法，包括如下步骤：
（1）在蓝宝石衬底上依次生长GaN或AlN缓冲层、n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、多量子阱层和p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层；
（2）在p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层上制备透明导电层；采用溅射方式在透明导电层上制备反射层；
（3）采用光刻、干法刻蚀法或湿法腐蚀法对反射层、透明导电层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、多量子阱（MQW）层、n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层进行微加工，制备贯穿反射层、透明导电层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层和多量子阱层，且盲端位于n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层的盲孔；
（4）采用等离子体增强的化学气相沉法在盲孔内和反射层上沉积绝缘层；采用光刻和干法刻蚀法或湿法腐蚀法去除盲孔底部的绝缘层，保留盲孔侧壁的绝缘层，即得侧壁上沉积有绝缘层的盲孔；
（5）采用溅射、蒸镀或电镀法在侧壁上沉积有绝缘层的盲孔内及其顶部上制备n型欧姆接触金属电极柱和n型欧姆接触金属电极层，在反射层上制备p型欧姆接触金属电极；
（6）采用溅射或旋涂在p型欧姆接触电极、反射层和嵌入式n型欧姆接触电极层上制备预固化填料层，即得功率型LED芯片；
（7）将功率型LED芯片倒装焊接在散热基板的导电导热通孔中填充的导电导热金属孔芯上，形成功率型三维LED发光器件。
上述方法还包括采用机械加工、干法或湿法刻蚀法将蓝宝石衬底微加工为六棱锥或菱形或倒装梯形或倒装金字塔结构。
上述方法还包括采用高温湿法腐蚀法、化学机械抛光法或激光剥离法去除蓝宝石衬底。
所述透明导电层为Ni/Au金属线网格层时，其制备方法为：先采用电子束蒸发法制备Ni/Au薄膜，再采用纳米压印技术在Ni/Au薄膜上形成周期性的Ni/Au金属线网格；所述透明导电层为厚度小于10nm的掺杂Rh、Pt、Ni、Cu或Al的银薄膜时，其制备方法为：溅射法；所述透明导电层为图案化的镍/石墨烯透明导电层时，其制备方法为化学气相沉积法。
所述化学气相沉积法为：先在p型GaN或AlGaN半导体层上沉积一层厚度为2nm至10 nm的镍薄膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀法对Ni薄膜进行刻蚀，形成图案化的Ni薄膜，然后采用化学气相沉积法在图形化的Ni膜上生长石墨烯层，即得图案化的镍/石墨烯透明导电层。
本发明中采用机械加工、干法或湿法刻蚀法对蓝宝石衬底进行微加工，从而形成六棱锥或菱形或倒装梯形或倒装金字塔结构，提高功率型三维LED发光器件的出光效率；
采用高温湿法腐蚀、或化学机械抛光法去除蓝宝石衬底，形成倒装薄膜三维LED发光器件，提高功率型三维LED发光器件的发光效率。
本发明采用如下技术方案实现上述目的：在蓝宝石衬底11上依次生长未掺杂的GaN或AlN缓冲层12、n型掺杂的GaN或AlGaN半导体材料13、多量子阱（MQW）14、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体材料15；在p型掺杂的GaN或AlGaN半导体材料15上通过电子束蒸发形成透明导电材料21，该透明导电材料是采用纳米压印形成的周期性分布的Ni/Au金属线网格，该Ni/Au金属线网格的周期为140nm，高度为50nm，占空比为50%，或者是采用溅射形成的厚度小于10nm的掺杂掺杂微量金属原子（如Rh、Pt、Ni、Cu、Al）的超薄银（Ag）薄膜，或者是采用化学气相沉积方法形成的镍（Ni）/石墨烯（graphene）双层薄膜材料；采用溅射方式在透明导电材料21上形成反射层31，该反射层对紫外光和可见光均具有较高的反射率；采用光刻和干法刻蚀或者是湿法腐蚀的方法对反射层31、透明导电材料21、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体材料15、多量子阱（MQW）14、n型掺杂的GaN或AlGaN半导体材料13进行微加工，从而形成周期性分布或非周期性分布的孔洞结构，这些孔洞结构贯穿p型掺杂的氮化镓或铝镓氮半导体材料15、多量子阱（MQW）14，并在n型掺杂的氮化镓或铝镓氮半导体材料13中形成盲孔。然后，通过等离子体增强的化学气相沉积（PECVD）方法在孔洞内部和周围形成绝缘层41，该绝缘层41材料是SiO2、Si3N4或AlN；采用光刻和干法刻蚀或者是湿法腐蚀的方法对绝缘层41进行加工，去除孔洞底部的绝缘层，保留孔洞侧壁的绝缘层；采用溅射、蒸镀或电镀的方式在孔洞中形成n型欧姆接触金属电极51；在反射层31上形成p型欧姆接触金属电极61。采用高热导率、高电导率的金属材料填充导电、导热过孔82，通过将功率型LED芯片倒装焊接在填充有高热导率、高电导率的金属材料的导电、导热过孔82的散热基板81的导电导热金属孔芯上，形成一种功率型三维LED发光器件结构。
本发明与现有技术相比其有益效果为：通过本发明的新型透明导电材料可以增加透明导电材料对紫外光和可见光的透光率，减小透明导电材料的面电阻，从而提高LED发光器件的发光效率。另外，由于本发明所设计LED发光器件结构中n型欧姆接触电极和p型欧姆接触电极分布于整个器件，并可以随着LED发光器件尺寸的扩展而随之扩展，而且n型欧姆接触电极嵌入在LED发光器件内部，因此，本发明可以改善大电流驱动条件下的功率型LED发光器件的电流扩展性能，散热性能。由于本发明的LED发光器件的p电极和n电极的高度保持一致，因此，本发明的LED发光器件可以倒装焊接在具有导电、导热过孔的散热基板材料的导电导热金属孔芯上，从而实现LED芯片与散热基板的三维互连，并最终形成一种具有体积小、散热性能优良的三维LED发光器件结构。
本发明提供了一种功率型三维LED发光器件，采用通孔导电方法使注入电流在功率型LED芯片中均匀扩展，通过将LED芯片倒装焊接在具有导电、导热过孔的散热基板上，形成功率型三维LED发光器件。
本发明添加了一层具有对紫外和可见光透光率均超过90%的透明导电层，且利用孔洞导电结构增强功率型三维LED芯片的电流扩展性能，改善散热性能，从而提高大电流驱动下的尺寸可扩展的功率型三维LED芯片的发光效率。
一种透明导电材料及功率型三维LED发光器件，包括：蓝宝石衬底、氮化镓（GaN）或氮化铝（AlN）缓冲层、n型掺杂的氮化镓（GaN）或铝镓氮（AlGaN）半导体材料、多量子阱（MQW）、p型掺杂的氮化镓（GaN）或铝镓氮（AlGaN）半导体材料、透明导电材料、反射层、孔洞结构、形成于孔洞侧壁的绝缘层、填充孔洞的嵌入式n型欧姆接触金属电极、形成于反射层顶部的p型欧姆接触金属电极、预固化填料层、散热基板、导电及导热过孔。
该透明导电材料与p型掺杂的氮化镓（GaN）或铝镓氮（AlGaN）半导体材料形成欧姆接触，并且对波长分布在200nm-750nm的紫外和可见光的反射率均大于90%，而且该透明导电材料的面电阻小于25 Ω/□。
该透明导电材料是Ni/Au金属线网格，或者是掺杂微量金属原子（如Rh、Pt、Ni、Cu、Al），且掺杂原子量小于10%的超薄银（Ag），或者是图案化的镍（Ni）/石墨烯（graphene）双层材料，且石墨烯（graphene）层位于镍（Ni）金属层之上。
采用纳米压印技术在Ni/Au薄膜上形成周期性的Ni/Au金属线网格，通过调节Ni/Au金属线网格的周期、高度和占空比可以控制其对紫外和可见光的透光率以及Ni/Au金属线网格的面电阻。Ni/Au金属线网格的占空比越大，透光率越高、面电阻越高。Ni/Au金属线网格的高度越大，透光率越低，面电阻越小。
掺杂微量金属原子（如Rh、Pt、Ni、Cu、Al）的超薄银（Ag）薄膜透明导电材料，其特征在于，该透明导电薄膜是采用溅射方法形成的厚度为5nm至10nm的掺杂微量金属原子（如Rh、Pt、Ni、Cu、Al）的超薄银（Ag）薄膜，且微量金属原子（如Rh、Pt、Ni、Cu、Al）的摩尔百分比小于10%。
首先在LED发光器件的p型GaN或者是p型AlGaN半导体材料上形成一层厚度在2nm至10 nm的镍（Ni）薄膜，然后采用湿法腐蚀或者是干法刻蚀的方法对Ni进行刻蚀，形成图案化的Ni膜，最后采用化学气相沉积方法在图形化的Ni膜上生长石墨烯（graphene），从而形成图案化的镍（Ni）/石墨烯（graphene）透明导电材料。
该反射层对从透明导电材料出射的紫外光和可见光均具有较高的反射率。
该反射层材料是铝（Al），或者是铑（Rh），或者是周期性的TiO2/SiO2堆栈结构。
该周期性TiO2/SiO2堆栈包括第一堆栈和第二堆栈：该第一堆栈针对蓝光波段设计，包含若干个周期的TiO2/SiO2堆栈，且TiO2/SiO2的厚度为48 nm/90 nm，对蓝光波段的反射率超过95%；该第二堆栈针对黄光波段设计，包含若干个周期的TiO2/SiO2堆栈，且TiO2/SiO2的厚度为76 nm/139 nm，对黄光波段的反射率超过95%。
这些孔洞结构贯穿大尺寸功率型LED发光器件的p型掺杂的氮化镓（GaN）或铝镓氮（AlGaN）半导体材料、多量子阱（MQW）层，并在n型掺杂的氮化镓（GaN）或铝镓氮（AlGaN）半导体材料中形成盲孔，且这些孔洞结构在大尺寸功率型LED发光器件中呈现周期性或非周期性分布。
采用原子层淀积或等离子体增强的化学气相沉积方法在该孔洞结构的侧壁形成绝缘层，但是孔洞的底部没有绝缘层。
该绝缘层材料为SiO2、Si3N4或AlN。
该嵌入式n型欧姆接触金属电极与位于孔洞底部的n型掺杂的氮化镓（GaN）或铝镓氮（AlGaN）半导体材料形成欧姆接触，且在嵌入式n型欧姆接触金属电极与孔洞侧壁之间有一层绝缘层，防止大尺寸功率型LED发光器件产生漏电。
该嵌入式n型欧姆接触金属电极在LED芯片表面呈现周期性分布或者是非周期性分布，嵌入式n型欧姆接触金属电极的数量随着功率型LED发光器件尺寸的扩展而随之增加。
p型欧姆接触金属电极的底部有一层对紫外光和可见光均具有较高反射率的反射层，而且该p型欧姆接触金属电极的高度与n型欧姆接触金属电极的高度一致，从而实现LED芯片与散热基板的三维互连，并最终形成一种具有体积小、散热性能优良的三维LED发光器件结构。
在大尺寸功率型LED发光器件的p型欧姆接触电极和嵌入式n型欧姆接触电极上通过溅射方式或旋涂方式形成预固化填料层，然后倒装焊接在具有导电、导热过孔的散热基板上，形成功率型三维LED发光器件结构。
可以通过机械加工、干法或湿法刻蚀的加工方式对蓝宝石衬底进行微加工，从而形成六棱锥或菱形或倒装梯形或倒装金字塔结构。
可以通过高温湿法腐蚀法、化学机械抛光法或激光剥离法去除蓝宝石衬底，形成倒装薄膜三维LED发光器件。
附图说明
图1为蓝宝石衬底上依次生长了GaN层、n型掺杂的GaN层、多量子阱层和p型掺杂的GaN 层后的结构示意图；
图2为在p型掺杂的GaN 层上制备了透明导电层的结构示意图；
图3为在透明导电层上制备了反射层的结构示意图；
图4为在盲孔内和盲孔上填充绝缘层的示意图；
图5为在盲孔内制备了嵌入式n型欧姆接触电极的示意图；
图6为在反射层上制备了p型欧姆接触电极示意图；
图7是在p型欧姆接触电极、反射层和嵌入式n型欧姆接触电极上制备了预固化填料层的示意图；
图8为具有导电导热通孔且导电导热通孔内侧壁上沉积有绝缘层的散热基板的示意图。
图9为具有导电导热通孔且导电导热通孔内侧壁上沉积有绝缘层和种子层的散热基板的示意图。
图10为具有导电导热通孔且导电导热通孔内填充有导电导热金属孔芯的散热基板的示意图。
图11为含有蓝宝石衬底的功率型三维LED发光器件的示意图；
图12为采用机械加工、干法或湿法刻蚀对蓝宝石衬底进行微加工之后的功率型三维LED发光器件的示意图。
图13为去除了蓝宝石衬底的功率型三维LED发光器件的示意图。
其中，11：蓝宝石衬底；12：未掺杂的GaN或AlN缓冲层；13：n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层；14：多量子阱层；15：p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层；21：透明导电层；31：反射层；41、101：绝缘层；51：嵌入式n型欧姆接触电极；61：p型欧姆接触电极；71：预固化填料层；81：散热基板；82：导电及导热过孔；110：种子层；121：导电导热金属孔芯。
具体实施方式：
下面结合图1至图13，对本发明作进一步的说明。
实施例1
（1）在蓝宝石衬底11上依次生长未掺杂的GaN 12、n型掺杂的GaN 13、多量子阱（MQW）14、p型掺杂的GaN 15，如图1所示；
（2）在p型掺杂的GaN 15上形成透明导电层21，该透明导电层是先采用电子束蒸发法制备Ni/Au薄膜，再采用纳米压印技术在Ni/Au薄膜上形成周期性的Ni/Au金属线网格（Ni/Au金属线网格层的网格的边长为140nm，高度为50nm，占空比为50%），如图2所示。
（3）采用溅射方式在透明导电层21上形成反射层31，该反射层对紫外光和可见光均具有较高的反射率，如图3所示。采用光刻和干法刻蚀技术对反射层31、透明导电层21、p型掺杂的GaN 15、多量子阱（MQW）14、n型掺杂的GaN 13进行微加工，形成周期性分布的孔洞结构，这些孔洞结构为贯穿反射层31、透明导电层21、p型掺杂的氮化镓15、多量子阱（MQW）14，且盲端位于n型掺杂的氮化镓中的盲孔。
（4）通过等离子体增强的化学气相沉积方法在孔洞内部和周围形成绝缘层41，该绝缘层41材料是SiO2，如图4所示。采用光刻和干法刻蚀的方法对绝缘层41进行加工，去除孔洞底部的绝缘层，保留孔洞侧壁的绝缘层，如图5所示。
（5）采用溅射方式在孔洞中形成n型欧姆接触金属电极51。在反射层31上形成p型欧姆接触金属电极61，如图6所示。
（6）在p型欧姆接触电极和嵌入式n型欧姆接触电极上形成预固化填料层71，如图7所示。
（7）LED发光器件倒装焊接在具有导电、导热过孔82的散热基板81的导电导热金属孔芯上，如11所示，其中散热基板81的结构示意图如图8-10所示，所述散热基板81上设有若干个导电导热通孔82，导电导热通孔内壁上依次沉积有绝缘层101、种子层110和导电导热金属孔芯121。
采用机械加工对蓝宝石衬底进行微加工，从而形成六棱锥结构，提高LED发光器件的出光效率，如图12所示。
其中用干法或湿法刻蚀法代替机械加工对蓝宝石衬底进行微加工可取得相同的技术效果。
蓝宝石衬底也可被加工为菱形或倒装梯形或倒装金字塔结构，也可得到相同的技术效果。
实施例2
（1）在蓝宝石衬底11上依次生长AlN缓冲层12、n型掺杂AlGaN半导体层13、多量子阱（MQW）14、p型掺杂AlGaN半导体层15，如图1所示；
（2）在p型掺杂的AlGaN半导体材料15上形成透明导电材料21，该透明导电层是采用化学气相沉积方法形成的镍（Ni）/石墨烯（graphene）双层薄膜材料，如图2所示。
（3）采用溅射方式在透明导电材料21上形成反射层31，该反射层对紫外光和可见光均具有较高的反射率，如图3所示。采用光刻和湿法腐蚀的方法对反射层31、透明导电层21、p型掺杂AlGaN半导体材料15、多量子阱（MQW）14、n型AlGaN半导体材料13进行微加工，形成非周期性分布的孔洞结构，这些孔洞结构位贯穿反射层31、透明导电层21、p型掺杂的AlGaN半导体材料15、多量子阱（MQW）14，且盲端位于n型掺杂的AlGaN半导体材料13中的盲孔。
（4）通过等离子体增强的化学气相沉积方法在孔洞内部和周围形成绝缘层41，该绝缘层41材料是Si3N4，如图4所示。采用光刻和湿法腐蚀的方法对绝缘层41进行加工，去除孔洞底部的绝缘层，只保留孔洞侧壁的绝缘层，如图5所示。
（5）采用电镀的方式在孔洞中形成n型欧姆接触金属电极51。在反射层31上形成p型欧姆接触金属电极61，如图6所示。
（6）在p型欧姆接触电极和嵌入式n型欧姆接触电极上形成预固化填料层71，如图7所示。
（7）LED发光器件倒装焊接在具有导电、导热过孔82的散热基板81的导电导热金属孔芯上，如11所示，其中散热基板81的结构示意图如图8-10所示，所述散热基板81上设有若干个导电导热通孔82，导电导热通孔内壁上依次沉积有绝缘层101、种子层110和导电导热金属孔芯121。
LED发光器件倒装焊接在散热基板上，采用化学机械抛光方法去除蓝宝石衬底11，如图13所示。
实施例3
（1）在蓝宝石衬底11上依次生长AlN缓冲层12、n型掺杂AlGaN半导体层13、多量子阱（MQW）14、p型掺杂AlGaN半导体材料15，如图1所示；
（2）在p型掺杂的AlGaN半导体材料15上形成透明导电材料21，该透明导电层是采用化学气相沉积方法形成的镍（Ni）/石墨烯（graphene）双层薄膜层（先在p型GaN或AlGaN半导体层上沉积一层厚度为2nm至10 nm的镍薄膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀法对Ni薄膜进行刻蚀，形成图案化的Ni薄膜，然后采用化学气相沉积法在图形化的Ni膜上生长石墨烯层，即得图案化的镍/石墨烯透明导电层），如图2所示。
（3）采用溅射方式在透明导电材料21上形成反射层31，该反射层对紫外光和可见光均具有较高的反射率，如图3所示。采用光刻和湿法腐蚀的方法对反射层31、透明导电层21、p型掺杂AlGaN半导体材料15、多量子阱（MQW）14、n型AlGaN半导体材料13进行微加工，形成非周期性分布的孔洞结构，这些孔洞结构为贯穿反射层31、透明导电层21、p型掺杂的AlGaN半导体材料15、多量子阱（MQW）14，且盲端位于n型掺杂的AlGaN半导体材料13中的盲孔。
（4）通过等离子体增强的化学气相沉积方法在孔洞内部和周围形成绝缘层41，该绝缘层41材料是AlN，如图4所示。采用光刻和湿法腐蚀的方法对绝缘层41进行加工，去除孔洞底部的绝缘层，只保留孔洞侧壁的绝缘层，如图5所示。
（5）采用电镀的方式在孔洞中形成n型欧姆接触金属电极51。在反射层31上形成p型欧姆接触金属电极61，如图6所示。
（6）在p型欧姆接触电极和嵌入式n型欧姆接触电极上形成预固化填料层71，如图7所示。
（7）LED发光器件倒装焊接在具有导电、导热过孔82的散热基板81的导电导热金属孔芯上，如11所示，其中散热基板81的结构示意图如图8-10所示，所述散热基板81上设有若干个导电导热通孔82，导电导热通孔内壁上依次沉积有绝缘层101、种子层110和导电导热金属孔芯121。
LED发光器件倒装焊接在散热基板上，采用激光剥离方式去除蓝宝石衬底11，如图13所示。
实施例4
（1）在蓝宝石衬底11上依次生长AlN缓冲层12、n型掺杂AlGaN半导体层13、多量子阱（MQW）14、p型掺杂AlGaN半导体材料15，如图1所示；
（2）在p型掺杂的AlGaN半导体材料15上形成透明导电材料21，该透明导电层是采用溅射法制备厚度小于10nm的掺杂Rh、Pt、Ni、Cu或Al的银薄膜（所述掺杂Rh、Pt、Ni、Cu或Al的摩尔百分比小于10%），如图2所示。
（3）采用溅射方式在透明导电材料21上形成反射层31，该反射层对紫外光和可见光均具有较高的反射率，如图3所示。采用光刻和湿法腐蚀的方法对反射层31、透明导电层21、p型掺杂AlGaN半导体材料15、多量子阱（MQW）14、n型AlGaN半导体材料13进行微加工，形成非周期性分布的孔洞结构，这些孔洞结构为贯穿反射层31、透明导电层21、p型掺杂的AlGaN半导体材料15、多量子阱（MQW）14，且盲端位于n型掺杂的AlGaN半导体材料13中的盲孔。
（4）通过等离子体增强的化学气相沉积方法在孔洞内部和周围形成绝缘层41，该绝缘层41材料是AlN，如图4所示。采用光刻和湿法腐蚀的方法对绝缘层41进行加工，去除孔洞底部的绝缘层，只保留孔洞侧壁的绝缘层，如图5所示。
（5）采用电镀的方式在孔洞中形成n型欧姆接触金属电极51。在反射层31上形成p型欧姆接触金属电极61，如图6所示。
（6）在p型欧姆接触电极和嵌入式n型欧姆接触电极上形成预固化填料层71，如图7所示。
（7）LED发光器件倒装焊接在具有导电、导热过孔82的散热基板81的导电导热金属孔芯上，如11所示，其中散热基板81的结构示意图如图8-10所示，所述散热基板81上设有若干个导电导热通孔82，导电导热通孔内壁上依次沉积有绝缘层101、种子层110和导电导热金属孔芯121。
本实施例中的反射层为铝层。
用铑层或周期性的TiO2/SiO2堆栈层代替铝层，可以取得相同的技术效果。
所述周期性的TiO2/SiO2堆栈层包括第一堆栈和第二堆栈；所述第一堆栈包含若干个周期的TiO2/SiO2堆栈，且TiO2/SiO2的厚度为48 nm/90 nm；所述第二堆栈包含若干个周期的TiO2/SiO2堆栈，且TiO2/SiO2的厚度为76 nm/139 nm。
Claims (10)
1.一种功率型三维LED发光器件，其特征在于：包括LED芯片和散热基板，所述LED芯片从上至下依次包括GaN或AlGaN层、n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、多量子阱层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、透明导电层和反射层；所述反射层上设有贯穿反射层、透明导电层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层和多量子阱层，且盲端位于n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层的盲孔；所述盲孔的内侧壁上设有绝缘层，所述反射层上分开设有高度相同的嵌入式n型欧姆接触电极和p型欧姆接触电极，嵌入式n型欧姆接触电极包括嵌入式n型欧姆接触电极层和嵌入式n型欧姆接触电极层上的用于填充盲孔的n型欧姆接触电极柱；所述n型欧姆接触电极层与反射层间设有绝缘层；嵌入式n型欧姆接触电极和p型欧姆接触电极间填充有预固化填料层；所述散热基板上设有若干个导电导热通孔，导电导热通孔内壁上依次沉积有绝缘层、种子层和导电导热金属孔芯；所述嵌入式n型欧姆接触电极层和p型欧姆接触电极焊接于导电导热金属孔芯上。
2.根据权利要求1所述一种功率型三维LED发光器件，其特征在于：所述GaN或AlGaN层上还设有蓝宝石衬底。
3.根据权利要求2所述一种功率型三维LED发光器件，其特征在于：所述蓝宝石衬底为六棱锥型、菱形、倒装梯形或倒装金字塔结构。
4.根据权利要求1或2所述一种功率型三维LED发光器件，其特征在于：所述透明导电层为Ni/Au金属线网格层、厚度小于10nm的掺杂Rh、Pt、Ni、Cu或Al的银薄膜或图案化的镍/石墨烯透明导电层；所述盲孔为周期性或非周期性分布；所述绝缘层材料为SiO2、Si3N4或AlN。
5.根据权利要求4所述一种功率型三维LED发光器件，其特征在于：所述Ni/Au金属线网格层的网格的边长为140nm，高度为50nm，占空比为50%；所述掺杂Rh、Pt、Ni、Cu或Al的银薄膜的厚度为5-10nm，其中Rh、Pt、Ni、Cu或Al的摩尔百分比小于10%；所述反射层为铝层、铑层或周期性的TiO2/SiO2堆栈层。
6.根据权利要求5所述一种功率型三维LED发光器件，其特征在于：所述周期性的TiO2/SiO2堆栈层包括第一堆栈和第二堆栈；所述第一堆栈包含若干个周期的TiO2/SiO2堆栈，且TiO2/SiO2的厚度为48 nm/90 nm；所述第二堆栈包含若干个周期的TiO2/SiO2堆栈，且TiO2/SiO2的厚度为76 nm/139 nm。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述功率型三维LED发光器件的方法，包括如下步骤：
（1）在蓝宝石衬底上依次生长GaN或AlN缓冲层、n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、多量子阱层和p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层；
（2）在p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层上制备透明导电层；采用溅射方式在透明导电层上制备反射层；
（3）采用光刻、干法刻蚀法或湿法腐蚀法对反射层、透明导电层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、多量子阱（MQW）层、n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层进行微加工，制备贯穿反射层、透明导电层、p型掺杂的GaN或AlGaN半导体层和多量子阱层，且盲端位于n型掺杂的GaN或AlGaN半导体层的盲孔；
（4）采用等离子体增强的化学气相沉法在盲孔内和反射层上沉积绝缘层；采用光刻和干法刻蚀法或湿法腐蚀法去除盲孔底部的绝缘层，保留盲孔侧壁的绝缘层，即得侧壁上沉积有绝缘层的盲孔；
（5）采用溅射、蒸镀或电镀法在侧壁上沉积有绝缘层的盲孔内及其顶部上制备n型欧姆接触金属电极柱和n型欧姆接触金属电极层，在反射层上制备p型欧姆接触金属电极；
（6）采用溅射或旋涂在p型欧姆接触电极、反射层和嵌入式n型欧姆接触电极层上制备预固化填料层，即得功率型LED芯片；
（7）将功率型LED芯片倒装焊接的散热基板的导电导热通孔中填充的导电导热金属孔芯上，即得功率型三维LED发光器件。
8.根据权利要求7所述一种功率型三维LED发光器件的制备方法，其特征在于：还包括采用机械加工、干法或湿法刻蚀法将蓝宝石衬底微加工为六棱锥、菱形、倒装梯形或倒装金字塔结构。
9.根据权利要求7所述一种功率型三维LED发光器件的制备方法，其特征在于：还包括采用高温湿法腐蚀法、化学机械抛光法或激光剥离法去除蓝宝石衬底。
10.根据权利要求7-9任一项所述一种功率型三维LED发光器件的制备方法，其特征在于：所述透明导电层为Ni/Au金属线网格层时，其制备方法为：先采用电子束蒸发法制备Ni/Au薄膜，再采用纳米压印技术在Ni/Au薄膜上形成周期性的Ni/Au金属线网格；所述透明导电层为厚度小于10nm的掺杂Rh、Pt、Ni、Cu或Al的银薄膜时，其制备方法为：溅射法；所述透明导电层为图案化的镍/石墨烯透明导电层时，其制备方法为化学气相沉积法；
所述化学气相沉积法为：先在p型GaN或AlGaN半导体层上沉积一层厚度为2nm至10 nm的镍薄膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀法对Ni薄膜进行刻蚀，形成图案化的Ni薄膜，然后采用化学气相沉积法在图形化的Ni膜上生长石墨烯层，即得图案化的镍/石墨烯透明导电层。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20150527 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |