一種用于iii-v族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于πι-v族化合物器件的快速散熱鍵合結(jié)構(gòu)，和一種采用該鍵合結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著III一V族化合物半導體光電器件的發(fā)展，散熱特性成為影響器件特性的主要要素之一。在發(fā)光二極管中，當外加電流通入紅光LED后，部分電能會變成熱能，芯片溫度會由原先的室溫升到85°C以上，亮度對溫度的衰減率約為-0.87%/degC，同時發(fā)光波長會隨著溫度升高而往長波長漂移(以紅光LED為例，紅光波段波長每增加lnm，亮度衰減4%左右)。因此如果芯粒產(chǎn)生的熱能及時散掉，那么芯片就會一直保持室溫，波長不會漂移，亮度也就不會衰減。
[0003]在現(xiàn)有的發(fā)光二極管的生長襯底中，GaN基發(fā)光二極管主要以藍寶石襯底作為生長襯底，AlGalnP系發(fā)光二極管主要以GaAs生長襯底，然而藍寶石和GaAs的導熱導電性均不好?，F(xiàn)有技術(shù)中提出一種倒裝結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，該類型LED結(jié)構(gòu)靠金屬粘結(jié)層將外延晶片和導電基板粘合在一起。在上述倒裝結(jié)構(gòu)中一般采用Au-Au結(jié)構(gòu)，該鍵合溫度過高會破壞A1鏡或Ag鏡等鏡面結(jié)構(gòu)，影響鏡面反射率。中國專利文獻CN 101604714A提出一通過采用Au-1n低溫鍵合改善這一問題。但是In的熱導率很低(82_86W/mk)，不利于器件的熱量快散從鍵合結(jié)構(gòu)中導出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其同時具備低溫鍵合和快速散熱兩大特性。
[0005]本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案為:一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，包括第一金屬粘結(jié)層和第二金屬粘結(jié)層。所述第二金屬粘結(jié)層內(nèi)部植入納米導熱膜，所述納米導熱膜由所述第二金屬合層完合包裹，其導熱系數(shù)大于所述第二金屬粘結(jié)層的導熱系數(shù)，所述第二粘結(jié)層的材料具有足夠低的硬度，以將所述納米導熱膜完全浸潤，減小界面接觸電阻。
[0006]優(yōu)選的，所述第二金屬粘結(jié)層的熔點低于350°C。
[0007]優(yōu)選地，所述第二金屬粘結(jié)層為銦粘結(jié)層、錫粘結(jié)層或鉛粘結(jié)層。
[0008]優(yōu)選地，所述第一金屬粘結(jié)層為金粘結(jié)層，所述第二金屬粘結(jié)層為銦粘結(jié)層。
[0009]優(yōu)選地，所述納米導熱膜為碳納米管層或石墨烯膜層。
[0010]優(yōu)選地，所述納米導熱膜為一層碳納米管層或是多層碳納米管疊加。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述納米導熱膜為單層石墨烯膜層或多層石墨烯膜層疊加。
[0012]優(yōu)選地，所述納米導熱膜為碳納米管層和石墨烯膜層的交替疊加，其中最頂層和最低層為石墨烯膜層。
[0013]本發(fā)明還提供一種采用上述鍵合結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其包括發(fā)光外延疊層和導電基板，其中所述發(fā)光外延疊層通過一鍵合結(jié)構(gòu)連結(jié)所述導電基板。其中植入第二金屬粘結(jié)層的納米膜層熱導率遠大于第二金屬粘結(jié)層材料的導熱性，且完全包含在其膜層內(nèi)，不得與基板或是外延疊層直接接觸。
[0014]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0015]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0016]圖1為現(xiàn)有一種倒裝發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。
[0017]圖2為第一個實施例公開的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。
[0018]圖3為第二個實施例公開的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。
[0019]圖4為第三個實施例公開的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。
[0020]圖中標號:
110,210:導電基板;120、220:鍵合結(jié)構(gòu)；130:全方位反射鏡(0DR) 131,231:金屬反射層;132、232:介電層;141、241:第一半導體層;142、242:有源層;133、233:第二半導體層；221:第一金屬粘結(jié)層；222:第二金屬粘結(jié)層；2221:碳納米管層；2222:石墨烯膜層。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合示意圖對本發(fā)明的鍵合結(jié)構(gòu)進行詳細的描述，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0022]下面各實施例公開一種用于II1-V族化合物器件的快速散熱鍵合結(jié)構(gòu)及采用該鍵合結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。采用低熔點的材料作為粘結(jié)層，并在該低熔點粘結(jié)層內(nèi)部植入導熱系數(shù)遠大于該粘結(jié)層的納米導熱膜，從而實現(xiàn)低溫鍵合和快速散熱兩大特性。其中粘結(jié)層的材料選用低硬度材料(如銦、錫或鉛等，)，比較容易將納米導熱膜完全浸潤，減小界面接觸電阻。
[0023]實施例1
請參看附圖2，一種發(fā)光二極管，包括導電基板210、鍵合結(jié)構(gòu)220、全方位反射鏡230和發(fā)光外延疊層240。其中，導電基板210采用導熱系數(shù)高的材料，一般采用Si基板即可；鍵合結(jié)構(gòu)220由第一金屬粘結(jié)層221和第二金屬粘結(jié)層組成；全方位反射鏡230由金屬反射層231和低折射底的介電層232構(gòu)成；發(fā)光外延疊層240 —般包括但不限于第一半導體層241、有源層242和第二半導體層243。下面對鍵合結(jié)構(gòu)220的具體結(jié)構(gòu)作詳細說明。
[0024]具體地，鍵合結(jié)構(gòu)220為Au-1n結(jié)構(gòu)，其中第一金屬粘結(jié)層221為Au粘結(jié)層，第二金屬粘結(jié)層222為In粘結(jié)層，在In粘結(jié)層中植入高熱導率納米膜層，該納米膜層熱導率越大越好且必須大于銦金屬。在本例中，采用碳納米管層作為導熱膜，其為單層結(jié)構(gòu)，其完合包覆于In粘結(jié)層內(nèi)。
[0025]在上述鍵合結(jié)構(gòu)中，In恪點低適合低溫鍵合，同時將熱導率遠大于In的石墨稀膜層包裹在In粘結(jié)層內(nèi)(In的熱導率為82~86，石墨烯的熱導率為4400-5780))，In非常軟(硬度為1.2)，比較容易將石墨烯膜層完全浸潤，既減小界面接觸電阻，又能快速導熱。
[0026]實施例2
請參看附圖3，在本實施例中，納米導熱膜為多層碳納米管層2221沿長度方向排布，由碳納米管散熱功能各向異性，延長度方向排布，其熱交換性能好。
[0027]實施例3
請參看附圖4，在本實施例中，納米導熱膜為碳納米管層2221和石墨烯膜層2222的交替疊加，其中最頂層和最低層為石墨烯膜層。采用此種結(jié)構(gòu)，可以使靠近發(fā)光外延疊層的熱量以最快的速度從外延導出，同時靠近外側(cè)的高熱導率膜層可使底部熱量快速從芯粒導出。
【主權(quán)項】
1.一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，包括第一金屬粘結(jié)層和第二金屬粘結(jié)層，其特征在于:所述第二金屬粘結(jié)層內(nèi)部植入納米導熱膜，所述納米導熱膜由所述第二金屬合層完全包裹，其導熱系數(shù)大于所述第二金屬粘結(jié)層的導熱系數(shù)，所述第二粘結(jié)層的材料具有足夠低的硬度，以將所述納米導熱膜完全浸潤，減小界面接觸電阻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二金屬粘結(jié)層的恪點低于350°C。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二金屬粘結(jié)層為銦粘結(jié)層、錫粘結(jié)層或鉛粘結(jié)層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一金屬粘結(jié)層為金粘結(jié)層，所述第二金屬粘結(jié)層為銦粘結(jié)層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述納米導熱膜為碳納米管層或石墨烯膜層。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述納米導熱膜為一層碳納米管層或是多層碳納米管疊加。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述納米管層沿延長度方向排布。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述納米導熱膜為單層石墨烯膜層或多層石墨烯膜層疊加。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于II1-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述納米導熱膜為碳納米管層和石墨烯膜層的交替疊加，其中最頂層和最低層為石墨烯膜層。10.一種發(fā)光二極管，包括發(fā)光外延疊層和導電基板，其中所述發(fā)光外延疊層通過一鍵合結(jié)構(gòu)連結(jié)所述導電基板，其特征在于:所述鍵合結(jié)構(gòu)，包括第一金屬粘結(jié)層和第二金屬粘結(jié)層，所述第二金屬粘結(jié)層內(nèi)部植入納米導熱膜，所述納米導熱膜由所述第二金屬合層完合包裹，其導熱系數(shù)大于所述第二金屬粘結(jié)層的導熱系數(shù)，所述第二粘結(jié)層的材料具有足夠低的硬度，以將所述納米導熱膜完全浸潤，減小界面接觸電阻。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述第一金屬粘結(jié)層為金粘結(jié)層，所述第二金屬粘結(jié)層為銦粘結(jié)層。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述納米導熱膜為碳納米管層和石墨烯膜層的交替疊加，其中石墨烯膜層緊靠所述發(fā)光外延疊層和導電基板。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于III-V族化合物器件的鍵合結(jié)構(gòu)，包括第一金屬粘結(jié)層和第二金屬粘結(jié)層，其特征在于：所述第二金屬粘結(jié)層內(nèi)部植入納米導熱膜，所述納米導熱膜由所述第二金屬合層完合包裹，其導熱系數(shù)大于所述第二金屬粘結(jié)層的導熱系數(shù)，以達到低溫鍵合的同時快速散熱。本發(fā)明同時公開一種采用上述鍵合結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
【IPC分類】H01L33/64
【公開號】CN105261695
【申請?zhí)枴緾N201510744855
【發(fā)明人】蒙成, 吳俊毅, 陶青山, 王篤祥
【申請人】天津三安光電有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月6日