一种三维led发光器件的制作方法
【专利说明】一种三维LED发光器件
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种三维LED发光器件，属于发光二极管领域。
【背景技术】
[0003]LED发光器件可以将约30%的电功率转换为光功率，剩下的70%的电功率转换为热能，因此，增强LED发光器件的散热性能对提高LED发光器件的性能和可靠性至关重要。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芯片尺寸的增加，注入电流在LED芯片中均匀扩展变得比较困难，散热也比较困难。如何提高大尺寸功率型三维LED芯片的散热性能成为发光二极管领域研宄的热点和难点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种三维LED发光器件，该三维LED发光器件是将LED芯片焊接在具有导电、导热通孔的散热基板材料上，通过嵌入在散热基板材料中的导电、导热通孔实现LED发光器件与外部环境的三维互连，减小LED发光器件的体积、增强LED发光器件散热性能，从而提高LED发光器件的发光效率和可靠性。
[0005]本发明采用如下技术方案实现上述目的:
一种三维LED发光器件，包括LED芯片和散热基板，所述LED芯片上设有p型欧姆接触电极和η型欧姆接触电极；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P型欧姆接触电极焊接于导电导热金属孔芯上。
[0006]所述η型欧姆接触电极焊接于导电导热金属孔芯上；所述导电导热金属孔芯包括上部、中部和下部，所述上部的直径大于导电导热通孔，所述下部的直径大于导电导热通孔的直径。
[0007]所述焊接为Au-N1-Sn共晶焊或金属引线焊接。
[0008]所述LED芯片从上至下依次包括GaN或AlGaN层、η型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、多量子阱发光层、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发光层，且盲端位于η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η型欧姆接触电极和P型欧姆接触电极，嵌入式η型欧姆接触电极包括嵌入式η型欧姆接触电极层和嵌入式η型欧姆接触电极层上的用于填充盲孔的η型欧姆接触电极柱；所述η型欧姆接触电极层与反射层间设有绝缘层。
[0009]所述透明导电层为由铟锡氧化物层、金属线网格层、铟锡氧化物层组成的铟锡氧化物层/金属线网格层/铟锡氧化物层复合层；所述绝缘层的材料为Si02、Si3N4、AlN或Al2O3O
[0010]所述金属线网格层的材料为Al、Ag、Au或Cu。
[0011]所述盲孔为周期性或非周期性分布。
[0012]上述三维LED发光器件的制备方法，包括如下步骤:
(1)在蓝宝石衬底上依次生长GaN或AlN缓冲层、η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；采用派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、η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η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η型欧姆接触金属电极柱和η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，即得LED芯片；
(6)在散热基板材料中制备通孔，在通孔侧壁上沉积绝缘层和种子层，在通孔中填充导电导热材料，形成导电导热金属孔芯；
(7)将LED芯片倒装焊接于散热基板的导电导热金属孔芯上，即得三维LED发光器件。
[0013]所述LED芯片从下至上依次包括蓝宝石衬底、GaN或AlGaN层和η型掺杂的GaN或AlGaN半导体层；所述η型掺杂的GaN或AlGaN半导体层上分开设有η型欧姆接触电极和多量子阱发光层，多量子阱发光层上依次设有P型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、透明导电层和P型欧姆接触电极。
[0014]所述LED芯片从上至下依次包括η型欧姆接触电极、GaN或AlGaN层、η型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、多量子讲发光层、ρ型掺杂的GaN或AlGaN半导体层、透明导电层、反射层和P型欧姆接触电极。
[0015]其制备方法为:在蓝宝石衬底11上依次生长未掺杂的GaN或AlN缓冲层12、η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ρ型掺杂的GaN或AlGaN半导体材料15上形成透明导电层21，该透明导电层是透明导电层是ITO/金属线网格/ITO三层复合薄膜材料；采用溅射方式在透明导电层21上形成反射层31 ;采用光刻和干法刻蚀或者是湿法腐蚀的方法对反射层31、透明导电层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η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Si02、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，只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η型欧姆接触金属电极51 ;在反射层31上形成ρ型欧姆接触金属电极61 ;嵌入式η型欧姆接触金属电极51和ρ型欧姆接触金属电极61形成倒装LED芯片；ρ电极71和η电极72位于LED芯片的同侧，形成水平结构LED芯片；导电衬底81作为垂直结构LED芯片的ρ电极，η电极82位于垂直结构LED芯片的顶部；在散热基板材料中形成通孔结构、在通孔侧壁沉积绝缘层101、种子层110，在通孔中填充导电、导热金属材料121，从而在散热基板中形成导电、导热通孔；倒装LED芯片焊接在具有导电、导热通孔的散热基板上，通过分布于散热基板材料中的导电、导热通孔121实现LED发光器件与外部电子线路的三维互连；水平结构LED芯片的ρ电极和η电极通过导电金属引线141焊接在具有导电、导热通孔的散热基板上，通过分布于散热基板材料中的导电、导热通孔实现水平结构LED发光器件与外部电子线路的三维互连；垂直结构LED芯片的导电衬底焊接在在具有导电、导热通孔的散热基板上，通过分布于散热基板材料中的导电、导热通孔实现垂直结构LED发光器件与外部电子线路的三维互连。
[0016]本发明涉及一种三维LED发光器件，通过将LED发光器件焊接在具有导电、导热通孔的散热基板材料上，通过嵌入在散热基板材料中的导电、导热通孔实现LED发光器件与外部电子线路的三维互连，减小LED发光器件的体积、增强LED发光器件的发光效率和散热性能，提